基于数字孪生的矢量模型转化方法、系统、装置及介质

摘要

本发明公开了一种基于数字孪生的矢量模型转化方法、系统、装置及介质，属于三维建模技术领域。方法特征在于，包括以下步骤：将矢量模型导入至三维引擎中；系统基于设定的细分阙值，对所述矢量模型执行以下矢量转标量的处理过程：通过读取矢量模型文件信息获取矢量模型的点、线、面及拓扑关系，确定所述矢量模型的基本形状；基于所述矢量模型的基本形状及各矢量模型间的拓扑关系，构建与所述矢量模型相对应的标量模型；对所构建的标量模型进行校验修正；对修正后的整体模型进行细分计算，输出不同细分程度的标量模型。本发明相较目前人工翻模，更加省时省力，降低对人力资源的消耗，降低生产成本，提高建模效率。

权利要求

1.一种基于数字孪生的矢量模型转化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将矢量模型导入至三维引擎中；

S2、系统基于设定的细分阙值，对所述矢量模型执行以下矢量转标量的处理过程：S21、通过读取矢量模型文件信息获取矢量模型的点、线、面及拓扑关系，确定所述矢量模型的基本形状；具体包括：通过反编译技术，获取矢量模型文件中构成矢量模型的几何模型在机器语言中表达的方式和规则；

采用四叉树深度遍历原则获取矢量模型的点与点、点与向量、向量与向量之间的拓扑关系，通过矢量计算获得矢量模型的点与向量之间的相交、接触、重叠等关系，通过上述关系的表达确定矢量模型的基本形状；

基于各矢量模型基本形状之间的边缘点和包含点，获得各矢量模型间的拓扑关系；

S22、基于S21所述矢量模型的基本形状及各矢量模型间的拓扑关系，构建与所述矢量模型相对应的标量模型；具体包括：将各矢量模型的向量与点、向量与向量进行标量化运算，获取矢量模型的向量与点、向量与向量之间的距离；

基于各矢量模型中点的信息，以及各矢量模型中向量与点、向量与向量之间的距离，生成标量模型的点、线、面，基于所述标量模型的点、线、面，构建标量模型；所述点、线、面在三维场景中的表示法则如下：点被定义为βV（x,y,z）,线段被定义为βL（V1,V2），面被定义为βS（V1,V2,V3）；

基于细分阙值，在各标量模型的线段上添加点，将所添加点与其所在面的其他点进行连线，确保连线后的面仍为三角面；

S23、对S22所构建的标量模型进行校验修正；具体包括：采用二叉树前序遍历原则对S22所构建的标量模型进一步修正：随机获取标量模型的一个点进行拓扑关系换算和验证，不断进行点的移出和替换，去除多余的点或面，修正模型以使其标准化；

对各标量模型间的位置关系进一步的修正并在模型间增加多个可被标量三维建模软件识别的拓扑关系信息：通过标量模型每个面的法线向量计算出模型不同面之间以及各模型之间的角度和位置关系，并将其附加至标量模型中，以进一步修正各标量模型间可被标量三维建模软件识别的连接关系或位置关系；

S24、对修正后的整体模型进行细分计算，输出不同细分程度的标量模型；具体包括：保留各标量模型间相邻面上的点；

将标量模型内部点与点之间的连线距离与预设的细分阙值进行比较，两点连线距离大于细分阙值的，保留两点；两点连线距离小于细分阙值的，移除一点，保留另一点，并将保留点与其他点重新连线。

2.一种实现权利要求1所述方法的基于数字孪生的矢量模型转化系统，其特征在于，包括：模型导入模块，用以将矢量模型导入至三维引擎中；

方法执行模块，用以对所述矢量模型执行矢量转标量的处理过程；

其中，所述的方法执行模块，进一步包括：

解析单元，用以通过读取矢量模型文件信息获取矢量模型的点、线、面及拓扑关系，确定所述矢量模型的基本形状；

模型构建单元，用以基于所述矢量模型的基本形状及各矢量模型间的拓扑关系，构建与所述矢量模型相对应的标量模型；

模型修正单元，用以对所述标量模型进行校验修正；

模型输出单元，用以对修正后的整体模型进行细分计算，输出不同细分程度的标量模型。

3.一种基于数字孪生的矢量模型转化装置，其特征在于，包括：存储器，用以存储计算机程序；

处理器，用以执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的基于数字孪生的矢量模型转化方法的步骤。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的基于数字孪生的矢量模型转化方法的步骤。

说明书

基于数字孪生的矢量模型转化方法、系统、装置及介质

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于数字孪生的矢量模型转化方法、系统、装置及介质，属于三维模型创建技术领域。

背景技术

[0002] 数字孪生技术的应用，首先要对物理对象建立各类数字孪生模型，充分利用模型、数据将物联网和传感器采集的实物对象运行的真实数据传递到孪生模型上，借助增强现实和混合现实技术、人工智能等技术，通过对数字孪生模型进行展现、模拟、分析和优化，来实现对实物对象的可视化、故障诊断和预测、性能优化等。

[0003] 模型作为数字孪生技术中的映射载体，最大的特点是融合人机物三元空间全生命周期实时数据持续不断的迭代优化。数字孪生模型除了精准映射物联感知获得的表征数据所反映的物理实体特征，还要精准映射其行为规律和相互之间互馈作用的机理，尤其是许多时候由于感知手段局限所能获得的表征数据不够完备、不够精细、不够准确、不够及时，只有同时依靠模型知识进行推断。

[0004] 在实际项目中，模型建设通常会遇到各种困难，无论是传统的三维建模方式还是现有的扫描建模方式都会有误差的存在，不能真实反应真实世界的物理运动。最准确的方式是采用真实设备的的工业数模进行孪生模型的建设。通常来讲，这类数模基本属于矢量模型，由于目前主流的三维引擎都是以标量模型进行呈现和研发，同时三维引擎并未对矢标转化做更加细致的处理，导致矢量模型直接导入三维引擎中时会产生杂乱的点和线，无法生成标准的三角面模型，导致模型无法直接用于三维引擎的程序开发。

[0005] 鉴于以上，亟需一种将矢量模型转化为标量模型的方法。

发明内容

[0006] 为了解决上述问题，本发明公开了一种基于数字孪生的矢量模型转化方法、系统、装置及介质，用以解决三维引擎处理矢量模型引发的一些多面、多点、乱线等问题，实现三维引擎对矢量化模型的标量化处理以及通过矢量模型创建不同精度的标量模型。

[0007] 本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

[0008] 第一方面，本发明提供一种基于数字孪生的矢量模型转化方法，包括以下步骤：

[0009] S1：将矢量模型导入至三维引擎中；

[0010] S2、系统基于设定的细分阙值，对所述矢量模型执行以下矢量转标量的处理过程：

[0011] S21、通过读取矢量模型文件信息获取矢量模型的点、线、面及拓扑关系，确定所述矢量模型的基本形状；

[0012] S22、基于S21所述矢量模型的基本形状及各矢量模型间的拓扑关系，构建与所述矢量模型相对应的标量模型；

[0013] S23、对S22所构建的标量模型进行校验修正；

[0014] S24、对修正后的整体模型进行细分计算，输出不同细分程度的标量模型。

[0015] 进一步地，所述S21的具体步骤包括：

[0016] 通过反编译技术，获取矢量模型文件中构成矢量模型的几何模型在机器语言中表达的方式和规则；

[0017] 采用四叉树深度遍历原则获取矢量模型的点与点、点与向量、向量与向量之间的拓扑关系，通过矢量计算获得矢量模型的点与向量之间的相交、接触、重叠等关系，通过上述关系的表达确定矢量模型的基本形状；

[0018] 基于各矢量模型之间的边缘点和包含点，获得各矢量模型间的拓扑关系。

[0019] 进一步地，所述S22的具体步骤包括：

[0020] 将各矢量模型的向量与点、向量与向量进行标量化运算，获取各矢量模型的向量与点、向量与向量之间的距离；

[0021] 基于各矢量模型中点的信息，以及各矢量模型中向量与点、向量与向量之间的距离，生成标量模型的点、线、面，基于所述标量模型的点、线、面，构建标量模型；所述点、线、面在三维场景中的表示法则如下：点被定义为βV（x,y,z）,线段被定义为βL（V1,V2），面被定义为βS（V1,V2,V3）；

[0022] 基于细分阙值，在各标量模型的线段上添加点，将所添加点与其所在面的其他点进行连线，确保连线后的面仍为三角面。

[0023] 进一步地，所述S23具体步骤包括：

[0024] 采用二叉树前序遍历原则对S22所构建的标量模型进一步修正：随机获取标量模型的一个点进行拓扑关系换算和验证，不断进行点的移出和替换，去除多余的点或面，修正模型以使其标准化；

[0025] 对各标量模型间的位置关系进一步的修正并在模型间增加多个可被标量三维建模软件识别的拓扑关系信息：通过标量模型每个面的法线向量计算出模型不同面之间以及各模型之间的角度和位置关系，并将其附加至标量模型中，以进一步修正各标量模型间可被标量三维建模软件识别的连接关系或位置关系。

[0026] 进一步地，所述S24的具体步骤包括：

[0027] 保留各标量模型间相邻面上的点；

[0028] 将标量模型内部点与点之间的连线距离与预设的细分阙值进行比较，两点连线距离大于细分阙值的，保留两点；两点连线距离小于细分阙值的，移除一点，保留另一点，并将保留点与其他点重新连线。

[0029] 第二方面，本发明提供一种基于数字孪生的矢量模型转化系统，所述系统包括：

[0030] 模型导入模块，用以将矢量模型导入至三维引擎中；

[0031] 方法执行模块，用以对所述矢量模型执行矢量转标量的处理过程；

[0032] 其中，所述的方法执行模块，进一步包括：

[0033] 解析单元，用以通过读取矢量模型文件信息获取矢量模型的点、线、面及拓扑关系，确定所述矢量模型的基本形状；

[0034] 模型构建单元，用以基于所述矢量模型的基本形状及各矢量模型间的拓扑关系，构建与所述矢量模型相对应的标量模型；

[0035] 模型修正单元，用以对所述标量模型进行校验修正；

[0036] 模型输出单元，用以对修正后的整体模型进行细分计算，输出不同细分程度的标量模型。

[0037] 第三方面，本发明提供一种基于数字孪生的矢量模型转化装置，所述装置包括：

[0038] 存储器，用以存储计算机程序；

[0039] 处理器，用以执行所述计算机程序时实现如上所述的基于数字孪生的矢量模型转化方法的步骤。

[0040] 第四方面，本发明还提供一种计算机可读储存介质，所述计算机可读储存介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于数字孪生的矢量模型转化方法的步骤。

[0041] 本发明的有益效果如下：

[0042] 本发明提供的转化方法，较常规三维引擎矢量模型转标量模型的操作，更加标准化和可用性，同时让模型更加轻量，无多余的点线面；较市面上的转换软件更加简约和轻量，不再臃肿，同时加大了对CPU和GPU的使用率，使其转化率更加高效；较目前人工翻模，更加省时省力，降低对人力资源的消耗，降低生产成本，提高生产力。

附图说明

[0043] 图1是实施例一的一种基于数字孪生的矢量模型转化方法流程图；

[0044] 图2是实施例二的一种基于数字孪生的矢量模型转化系统结构图；

[0045] 图3是实施例三的一种基于数字孪生的矢量模型转化装置结构图。

具体实施方式

[0046] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

[0047] 为能清楚说明本发明方案的技术特点，下面将通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

[0048] 本实施例以凳子（默认凳子由多个长方体构成）的数字孪生模型为例，详细介绍本发明的一种基于数字孪生的矢量模型转化方法。

[0049] 实施例一

[0050] 一种基于数字孪生的矢量模型转化方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤：

[0051] S1、将凳子的矢量模型导入三维引擎中；

[0052] S2、设定一个细分阙值为3nm，系统响应后，对凳子的矢量模型执行矢量转标量的处理方法；

[0053] 所述处理方法包括:

[0054] S21、通过读取凳子的模型文件信息获取凳子矢量模型的点、线、面及拓扑关系，确定凳子的基本形状；具体包括：

[0055] 通过反编译技术，获取矢量模型文件中构成凳子的多个长方体矢量模型在机器语言中表达的方式和规则；

[0056] 采用四叉树深度遍历原则获取凳子矢量模型的点与点、点与向量、向量与向量之间的拓扑关系，通过矢量计算获得矢量模型的点与向量之间的相交、接触、重叠等关系，通过上述关系的表达，确定凳子的基本形状；

[0057] 基于各长方体矢量模型之间的边缘点和包含点，获得构成凳子的多个长方体矢量模型间的子父级拓扑关系。

[0058] S22、基于S21所述矢量模型的基本形状及各长方体矢量模型间的子父级拓扑关系，构建与所述矢量模型相对应的标量模型；具体包括：

[0059] 将各长方体矢量模型的向量与点、向量与向量进行标量化运算，获取各长方体矢量模型的向量与点、向量与向量之间的距离；

[0060] 基于各长方体矢量模型中点的信息，以及各长方体矢量模型的中向量与点、向量与向量之间的距离，生成标量模型的点、线、面，基于所述标量模型的点、线、面，构建标量模型；所述点、线、面在三维场景中的表示法则为：点被定义为βV（x,y,z）,线段被定义为βL（V1,V2），面被定义为βS（V1,V2,V3）；

[0061] 基于设定的细分阙值，在各长方体标量模型的线段上添加点，将所添加点与其所在面的其他点进行连线，确保连线后的面仍为三角面。

[0062] S23、对S22所构建的标量模型进行校验修正；具体包括：

[0063] 采用二叉树前序遍历原则对S22所构建的凳子模型进一步修正：随机获取标量模型的一个点对各长方体间的拓扑关系换算和验证，不断对各长方体中的点进行移出和替换，去除多余的点或面，修正模型以使其标准化；

[0064] 对各长方体标量模型间的位置关系进一步的修正并在模型间增加多个可被标量三维建模软件识别的拓扑关系信息：通过标量模型每个面的法线向量计算出模型不同面之间以及各模型之间的角度和位置关系，并将其附加至标量模型中，以进一步修正各标量模型间可被标量三维建模软件识别的连接关系或位置关系。

[0065] S24、对修正后的整体模型进行细分计算，输出不同细分程度的标量模型；具体包括：

[0066] 保留各长方体标量模型间相邻面上的点；

[0067] 将标量模型内部点与点之间的连线距离与预设的细分阙值3nm进行比较，两点连线距离大于3nm的，保留两点；两点连线距离小于3nm的，移除一点，保留另一点，并将保留点与其他点重新连线。

[0068] 实施例二

[0069] 基于功能模块的角度，本实施例提供一种基于数字孪生的矢量模型转化系统，如图2所示，包括：

[0070] 模型导入模块，用以将矢量模型导入至三维引擎中；

[0071] 方法执行模块，用以对所述矢量模型执行矢量转标量的处理过程；

[0072] 其中，所述的方法执行模块，进一步包括：

[0073] 解析单元，用以通过读取矢量模型文件信息获取矢量模型的点、线、面及拓扑关系，确定所述矢量模型的基本形状；

[0074] 模型构建单元，用以基于所述矢量模型的基本形状及各矢量模型间的拓扑关系，构建与所述矢量模型相对应的标量模型；

[0075] 模型修正单元，用以对所述标量模型进行校验修正；

[0076] 模型输出单元，用以对修正后的整体模型进行细分计算，输出不同细分程度的标量模型。

[0077] 实施例三

[0078] 基于硬件的角度，本实施例提供一种基于数字孪生的矢量模型转化装置，其结构如图3所示，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有计算机程序，当所述计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述计算机程序，以执行如上所述的基于数字孪生的矢量模型转化方法的步骤。

[0079] 具体地，上述存储器和处理器能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器运行存储器存储的计算机程序时，能够执行上述基于数字孪生的矢量模型转化方法的步骤。

[0080] 本领域技术人员可以理解，图3中示出的计算机设备的结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。

[0081] 在一些实施例中，该计算机设备还可以包括触摸屏可用于显示图形用户界面（例如，应用程序的启动界面）和接收用户针对图形用户界面的操作（例如，针对应用程序的启动操作）。具体的触摸屏可包括显示面板和触控面板。其中显示面板可以采用LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器)、OLED(Organic Light‑Emitting Diode,有机发光二极管)等形式来配置。触控面板可收集用户在其上或附近的接触或者非接触操作，并生成预先设定的操作指令，例如，用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板上或在触控面板附近的操作。另外，触控面板可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位、姿势，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成处理器能够处理的信息，再送给处理器，并能接收处理器发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板，也可以采用未来发展的任何技术实现触控面板。进一步的，触控面板可覆盖显示面板，用户可以根据显示面板显示的图形用户界面，在显示面板上覆盖的触控面板上或者附近进行操作，触控面板检测到在其上或附近的操作后，传送给处理器以确定用户输入，随后处理器响应于用户输入在显示面板上提供相应的视觉输出。另外，触控面板与显示面板可以作为两个独立的部件来实现也可以集成而来实现。

[0082] 实施例四

[0083] 本发明实施例还提供了一种计算机可读储存介质，所述计算机可读储存介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于数字孪生的矢量模型转化方法的步骤。

[0084] 可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read‑OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0085] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

[0086] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。