一种数字孪生模型的轻量化方法与流程

本发明涉及虚拟现实，尤其涉及一种数字孪生模型的轻量化方法。

背景技术：

1、在数字孪生场景中，场景内模型与摄像机之间的空间关系均会不断地发生变化，特别是在进行细节操作的时候，大部分的模型是处于摄像机视锥体之外的。这些模型不具有可见性，其数据即为冗余的数据，但是同样会提交给渲染引擎进行渲染，额外消耗计算机渲染资源。这种情况下亟需对场景模型进行可见性分析，从而实现减少需要渲染的模型数据量。

2、现有技术中利用opengl检查遮挡和视锥干涉，而利用opengl进行场景剔除操作，查询时间相对较长，严重影响场景运行帧率，所以需要在此基础上进行进一步的优化，以在对不可见区域的剔除的前提下，实现场景的高帧率运行，实现数字孪生场景的轻量化。

技术实现思路

1、针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种数字孪生模型的轻量化方法，采用改进的折叠方法构建哈希表，将哈希表与二叉树进行结合，构建场景最优层次包围盒树，通过遍历bvh树判断模型与视锥是否发生干涉，进行不可见模型剔除，以实现数字孪生模型的轻量化。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

3、一种数字孪生模型的轻量化方法，包括以下步骤：

4、步骤一、预处理：

5、导入整个场景所有模型，并构建每个模型的包围盒；

6、将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中，构建哈希表；

7、基于哈希表中包围盒，采用自底向上的方式，构造所有模型的层次包围盒树；

8、再将每个模型包围盒作为层次包围盒树的叶子节点，采用预设定合并规则将叶子节点进行归并作为父节点，直到得到bvh树的根节点，完成bvh树的构建；

9、步骤二、检测：

10、遍历层次包围盒树，判断包围盒是否与视锥发生干涉；

11、如果没有发生干涉，则将模型剔除；

12、如果发生干涉，则判断节点是否为叶子节点；

13、若是，将叶子节点对应的数据放到哈希表中进行查找，并保留；

14、若否，继续依据新的父节点进行遍历操作；

15、步骤三、轻量化：

16、通过模型留存和剔除操作，得到轻量化的孪生体模型。

17、优选方式为，步骤一中所述并构建每个模型的包围盒；将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中步骤，具体为：

18、确定整个场景的坐标原点，以世界坐标为主；

19、获取每个模型的中心点的世界坐标值(x，y，z)；

20、计算每个模型到场景原点的距离

21、将d作为索引值，构建哈希表。

22、优选方式为，预设定合并规则为：

23、将场景中的模型按照d值进行递增排序；

24、比较每个模型的d值；

25、将在预设定范围内的d值进行归并；

26、完成bvh树的构建。

27、优选方式为，所述步骤一中的导入整个场景所有模型，并构建每个模型的包围盒，具体为：导入整个场景所有模型，并构建每个模型的aabb包围盒。

28、优选方式为，所述步骤一中的将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中，构建哈希表，具体为：将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中，采用折叠法构建哈希表。

29、采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：

30、由于本发明的数字孪生模型的轻量化方法，主要包括预处理、检测和轻量化步骤，其中预处理包括导入整个场景所有模型，并构建每个模型的包围盒；将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中，且采用折叠法构建哈希表；基于哈希表中模型包围盒，采用自底向上的方式，构造所有模型的层次包围盒树；再将每个模型包围盒作为层次包围盒树的叶子节点，采用预设定合并规则将叶子节点进行归并作为父节点，直到得到bvh树的根节点，完成bvh树的构建；其中检测：遍历层次包围盒树，判断包围盒是否与视锥发生干涉；如果没有发生干涉，则将模型剔除；如果发生干涉，则判断节点是否为叶子节点；若是，将叶子节点对应的数据放到哈希表中进行查找，并保留；若否，继续依据新的父节点进行遍历操作；其中轻量化通过模型留存和剔除操作，得到轻量化的孪生体模型。

31、可见，本发明采用改进的折叠方法构建哈希表，将哈希表与二叉树进行结合，构建场景最优层次包围盒树，即最优bvh树，通过遍历bvh树判断模型与视锥是否发生干涉，进行不可见模型剔除，以实现数字孪生模型的轻量化。

技术特征：

1.一种数字孪生模型的轻量化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的数字孪生模型的轻量化方法，其特征在于，步骤一中所述并构建每个模型的包围盒；将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中步骤，具体为：

3.根据权利要求2所述的数字孪生模型的轻量化方法，其特征在于，预设定合并规则为：

4.根据权利要求1所述的数字孪生模型的轻量化方法，其特征在于，所述步骤一中的导入整个场景所有模型，并构建每个模型的包围盒，具体为：

5.根据权利要求1所述的数字孪生模型的轻量化方法，其特征在于，所述步骤一中的将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中，构建哈希表，具体为：

技术总结
本发明公开了一种数字孪生模型的轻量化方法，先导入整个场景所有模型，构建每个模型包围盒；将每个模型包围盒的信息存储在哈希表中，以构建哈希表，再构造所有模型的层次包围盒树；然后遍历所有层次包围盒树，判断包围盒是否与视锥发生干涉；若没有发生干涉将模型剔除；若发生干涉，判断节点是否为叶子节点；若是将叶子节点对应的数据放到哈希表中进行查找并保留；若否继续依据新的父节点进行遍历操作；最后通过模型留存和剔除操作，得到轻量化的孪生体模型。可见，本发明将哈希表与二叉树进行结合，构建场景最优层次包围盒树，通过遍历BVH树判断模型与视锥是否发生干涉，进行不可见模型剔除，实现数字孪生模型的轻量化。

技术研发人员：王惠青,严小天,刘宁,郭秋华,张晴晴,刘训福
受保护的技术使用者：青岛虚拟现实研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15