[發明專利]一種面向數字孿生的場景輕量化方法

有效

• 申請號: 202111172746.7
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113888716B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 劉強;方洛;趙榮麗;鄒廣鑫;嚴都喜
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T7/11;G06T7/187;G06T7/269;G06V10/762;G06K9/62;G06F30/20;G06F111/18
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 劉羽波;陳嘉琦

本發明涉及一種面向數字孿生的場景輕量化方法，包括：步驟一：輸入模型數據，計算考慮約束的二次型誤差度量矩陣，計算最優折疊點和對應的折疊代價，逐次取出折疊代價最小的邊進行折疊，生成簡化后的三維網絡模型；步驟二：計算三維網絡模型頂點的表面離散曲率，通過多方向梯度下降方式找出曲率值小于所有相鄰點的點作為一個局部最小值點；以局部曲率最小的頂點為基礎，對鄰域頂點進行區域標號，標記平坦區域，進行區域分割標記，利用區域聚類對過分割的區域進行合并；步驟三：計算分割合并后的各個平面之間的歐氏幾何距離，并生成最終的輕量化模型。本發明可以針對數字孿生運行場景優化的全工況自適應三維網格模型輕量化。

技術領域

本發明涉及網絡控制技術領域，具體涉及一種面向數字孿生的場景輕量化方法。

背景技術

數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程，又稱“數字鏡像”，“數字雙胞胎”或“數字化映射”。

數字孿生系統中可進行三維近物理虛擬仿真設計平臺上數字化模型往往具有極其龐大的數據量和復雜的組織結構關系，這些數據和結構的存在將給計算機性能帶來巨大的挑戰，并且無法滿足數字孿生中虛實聯動的準確性和高效性的要求。

針對三維網格模型的輕量化操作往往采用一些相對簡單的模型代替原始模型，但是如何做到既能簡化復雜的三角網格模型又不丟失模型的顯著原始特征，成為近些年數字孿生應用過程中亟需解決的重大問題。針對三維網格模型的簡化操作，就是在系統允許的誤差范圍內，采用某種合理快速的幾何拓撲操作，以期減少三維網格模型內的幾何元素數量(頂點、邊、面片)，同時在外觀上盡可能地保持模型主要原始特征。

數字孿生場景下各種組合體模型在相互垂直的離散平面交界處，通過定義重復頂點來儲存不同相互垂直的折角平面的法線向量和UV坐標信息，從而使渲染引擎得以正確計算每個平面的計算光照、紋理、凹凸情況等表面效果，即數字孿生組合體模型具有離散折角平面特性；與此同時，在特定場景下的虛擬設備模型可以劃分為動件與不動件，不動件中存在大量可以忽略的組合體之間的接觸面。這些內容的存在浪費了大量的計算機渲染性能。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足之處，提供一種解決數字孿生組合體模型在運維過程中的可視化動態顯示效率問題的面向數字孿生的場景輕量化方法。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種面向數字孿生的場景輕量化方法，包括如下步驟：

步驟一：輸入模型數據，為模型中各個網格頂點計算考慮約束的二次型誤差度量矩陣，計算每個邊對象的最優折疊點和對應的折疊代價，并使用三角形正則度作為懲罰函數對折疊代價進行校正，按照折疊代價的大小，將模型的邊對象壓入堆棧中，逐次從堆棧中取出折疊代價最小的邊對象進行折疊，生成簡化后的三維網絡模型；

步驟二：計算三維網絡模型頂點的表面離散曲率，通過多方向梯度下降方式搜索出曲率值小于所有相鄰點的點作為局部最小值點，并將它們標記出來；遍歷局部最小值點，將局部曲率最小的頂點進行區域標號，隨機選取多個局部曲率最小的頂點并從這些頂點同時出發，沿這些頂點的一階鄰域頂點前進直到遇到標記有區域標號的點為止，將下降路徑上的所有點的集合標記為平坦區域，即對這些頂點進行區域分割標記，其中區域分割標記為區域標號的集合，利用區域聚類對過分割的區域進行合并；

步驟三：計算分割合并后的各個平面之間的歐氏幾何距離，若該距離小于用戶設定的距離閾值，則將其認定為可能接觸面關系，并在接觸面指定UI界面上標識出來，由用戶決定是否簡化該接觸面，并生成最終的簡化模型。