一种数字孪生模型轻量化建模方法与流程

本发明涉及数字孪生，尤其涉及一种数字孪生模型轻量化建模方法。

背景技术：

1、数字孪生(digita l twin)最早源于1969年阿波罗计划，此后不断发展，经过近半个世纪的发展有了数字孪生的概念，并成为十大战略技术趋势，被全世界关注。随着大数据、人工智能、5g等新一代信息技术的发展，数字孪生的内涵也逐渐得到了丰富。通过建立数字孪生模型，不仅可以实时反映物理实体的状态，还可以根据实时感知数据、历史积累数据、物理模型、多学科知识、分析算法等对物理实体进行监控、诊断、预测和决策优化。目前，数字孪生技术早已不仅是理论研究，还因其普遍适用性应用于各个领域，如航天航空、产品全周期管理、建筑工程、医学分析等。数字孪生模型往往具有极其庞大的数据量和复杂的组织结构关系，这些数据和结构的存在将给计算机性能带来巨大的挑战，并且无法满足数字孪生中虚实联动的准确性和高效性的要求。针对数字孪生模型的轻量化操作往往采用一些相对简单的模型代替原始模型，但是如何做到既能简化复杂的数字孪生模型又不丢失模型的显著原始特征，成为近些年数字孪生应用过程中亟需解决的重大问题。

2、中国专利公开号：cn117876560a公开了一种数字孪生系统三维模型轻量化构建方法，首先需要对待建模型进行分类和分级，根据模型展示的景观远近不同对待建模型进行分类，并将每一类待建模型分为不同等级；相邻分类模型中，近景模型的最低等级高于远景模型的最高级，然后再根据不同的等级选择不同轻量化方法构建几何模型和渲染。

3、由此可见，该发明提供的数字孪生系统三维模型轻量化构建方法存在以下问题：根据展示景观远近对待建模型进行分类分级，再进行模型构建和渲染，模型的数据处理量比较大，会使得场景运行帧率不高。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种数字孪生模型轻量化建模方法，用以克服现有技术中模型数据处理量比较大以及造成的场景运行帧率不高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种数字孪生模型轻量化建模方法，包括：

3、步骤s1，基于物理实体获取对应的数字孪生模型；

4、步骤s2，基于物理实体的可观察视角确定各可观察视角对应的数字孪生模型的建模面，并对所述数字孪生模型的各建模面进行切割，以确定若干调用单元；

5、步骤s3，基于切割点构建各调用单元的连接约束条件，并对单个调用单元进行折叠点简化形成对应的轻量化调用单元；其中，所述轻量化调用单元保留与相邻调用单元的连接约束条件和连接关系；

6、步骤s4，获取目标对象的目标观察视角，确定对应的目标调用单元；其中，基于所述目标观察视角与物理实体的相对位置关系确定调用精度；

7、步骤s5，根据预设渲染方式对所述目标调用单元进行渲染；其中，基于所述目标观察视角与物理实体的相对位置关系确定渲染精度；

8、步骤s6，响应于目标对象的移动，对目标视线范围内可观察物理实体对应的新增目标调用单元进行调用。

9、进一步地，所述步骤s2，包括：

10、步骤s21，基于物理实体的可观察视角确定各可观察视角对应的数字孪生模型的建模面；

11、步骤s22，根据各建模面的表面曲率确定各建模面的切割尺寸；

12、其中，若所述表面曲率小于预设曲率阈值，使用第一预设尺寸进行切割；

13、若所述表面曲率不小于预设曲率阈值，使用第二预设尺寸进行切割；

14、步骤s23，根据切割尺寸确定若干调用单元。

15、进一步地，所述步骤s3，包括：

16、步骤s31，根据建模面的各调用单元的切割结果确定每一调用单元的若干切割点；

17、步骤s32，基于所述每一调用单元的若干切割点的位置关系构建各调用单元的连接约束条件；

18、步骤s33，对单个调用单元进行折叠点简化形成对应的轻量化调用单元。

19、进一步地，所述步骤s33，包括：

20、步骤s331，获取单个调用单元的三角网格模型；

21、步骤s332，根据预设方法确定单个调用单元的每一三角网格边的最优折叠点以及对应的折叠代价；

22、步骤s333，将最优折叠点的折叠代价小于预设折叠代价阈值对应的三角网格边进行折叠，以形成单个调用单元对应的轻量化调用单元。

23、进一步地，所述步骤s4，包括：

24、步骤s41，获取目标对象的目标观察视角；

25、步骤s42，根据所述目标观察视角与所述物理实体的相对位置关系确定目标调用单元。

26、进一步地，所述步骤s42，包括：

27、步骤s421，根据所述目标观察视角确定对应的主视角范围；

28、步骤s422，根据所述主视角范围内的可观察物理实体确定对应的数字孪生模型；

29、步骤s423，根据所述目标观察视角的中心位置与单个所述可观察物理实体的几何中心位置确定所述相对位置关系；

30、步骤s424，根据所述相对位置关系确定单个所述可观察物理实体的目标调用单元。

31、进一步地，在所述步骤s4中，所述调用精度通过以下方式确定：

32、若所述相对位置关系为第一预设位置关系，则确定调用精度为第一预设调用精度；

33、若所述相对位置关系为第二预设位置关系，则确定调用精度为第二预设调用精度。

34、进一步地，在所述步骤s5中，所述渲染精度根据预设的相对位置关系-渲染精度对照表进行确定。

35、进一步地，所述步骤s6，包括：

36、步骤s61，响应于目标对象的移动，确定目标对象的视线移动方向和目标对象的移动速度；

37、步骤s62，根据所述视线移动方向和移动速度确定新增目标调用单元；

38、步骤s63，根据所述移动速度与预设移动速度阈值的比较结果，调整新增目标调用单元的调用精度；

39、其中，若所述移动速度大于预设移动速度阈值，将新增目标调用单元的调用精度设定为所述第一预设调用精度；

40、若所述移动速度不大于预设移动速度阈值，将新增目标调用单元的调用精度设定为所述第二预设调用精度；

41、步骤s64，根据预设渲染方式对所述新增目标调用单元进行渲染，并对渲染后的新增目标调用单元进行调用。

42、进一步地，所述预设方法为二次误差度量方法。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过物理实体的可观察视角对应的数字孪生模型的建模面进行分割处理以确定若干调用单元，仅对建模面进行处理能够减少模型数据处理量。通过对单个调用单元进行折叠点简化形成对应的轻量化调用单元，由于轻量化调用单元的调用精度较低，因此能够降低模型数据处理量以及减少内存占用。根据目标对象的目标观察视角，确定对应的目标调用单元，并根据预设渲染方式对所述目标调用单元进行渲染，能够根据目标观察视角的位置不同调整调用精度和渲染精度，进一步减少数据处理量，提高场景运行帧率。另外，响应于目标对象的移动，对目标视线范围内可观察物理实体对应的新增目标调用单元进行调用，能够实时调整调用单元，确保目标对象的观察体验。

44、进一步地，本发明根据各建模面的表面曲率确定切割尺寸，能够确保物理实体的显著几何特征的完整性。

45、进一步地，本发明根据每一调用单元的切割点的位置关系构建各调用单元的连接约束条件，能够保证各调用单元连接部位的完整性，避免折叠点简化后的轻量化调用单元无法连接成模型完整建模面。通过折叠点简化可以减少数据量和内存占用，降低后续数据处理量。

46、进一步地，本发明通过预设方法确定单个调用单元的每一三角网格边的最优折叠点以及对应的折叠代价，并根据折叠代价折叠以形成轻量化调用单元，能够保留调用单元的细节特征，以确保不会显著改变调用单元的外观。

47、进一步地，本发明根据目标观察视角与所述物理实体的相对位置关系确定目标调用单元，能够减少数据处理量，提高场景运行帧率。

48、进一步地，本发明通过确定主视角范围，只对主视角范围内的可观察物理实体进行处理，能够减少后续数据处理量。

49、进一步地，本发明根据目标对象的视线移动方向和移动速度确定新增目标调用单元和调用精度，能够进一步降低数据处理量，提高场景运行帧率。