一种基于重要性排序的数字孪生模型特征简化方法

本发明涉及模型特征简化领域，具体涉及一种基于重要性排序的模型特征简化方法。

背景技术：

1、随着数字孪生技术的成熟，虚拟车间的质量也在进一步提升，为了达到更好的可视化效果，模型的复杂程度也逐渐提升。虚拟车间的主要组成部分为模型，而特征作为模型的一大要素，一方面在虚拟车间运行过程中涉及到了巨大的计算量，另一方面也是保证模型外观质量的主要因素。对模型特征简化可以减少模型涉及的计算量，但同时也会出现模型外观失真问题。为解决上述问题，提出一种基于重要性排序的模型特征简化方法，在简化模型特征的同时，维持模型的高保真外观质量。

2、当前对模型特征简化的研究，大部分以减少计算量为主要目的，忽略了模型保真度问题，在简化过程中会破坏模型的重要特性与拓扑结构，模型在虚拟车间中的可视化效果大大降低，从而导致整个虚拟车间的质量下降。且大部分简化方式为范围性简化，对模型特征进行批量筛选简化，没有一个固定的简化准则。在很多模型特征简化研究过程中，其主要目的是模型数据量最大化减少，而模型特征在虚拟车间中因光照产生的阴影数据量远远大于特征本身数据量。针对上述问题，提出了一种基于重要性排序的模型特征简化方法，对模型的圆角、倒角、孔洞、腔体特征进行简化处理。

3、本发明的创新性主要在于，建立一个模型特征简化准则，针对圆角、倒角、孔洞、成腔四大特征，以加性特征为简化基础，对模型特征进行重要性排序，根据模型的复杂程度与不同需求，引入特征重要性参数，筛选出重要性较低的特征，并对筛选出的特征进行简化，简化后的模型外观不会有明显的变化，但涉及的计算量会大大减少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对虚拟车间中的模型计算问题及现有技术存在上述问题的缺点，提出一种基于重要性排序的模型特征简化方法，定义重要性排序准则，对模型特征进行重要性排序，筛选出不重要的模型特征，完成对模型的圆角、倒角、孔洞、腔体四大特征进行简化操作。最终处理后的模型所涉及到的计算量将大大减少。

2、本发明提供一种基于重要性排序的模型特征简化方法，具体包括以下步骤：

3、步骤一：根据对不同类型特征渲染中所产生的计算量分析，选择对圆角、倒角、孔洞、腔体四大特征进行简化处理；

4、步骤二：定义特征重要性排序准则，圆角特征和倒角特征采用以加性特征体积为衡量重要性的标准，孔洞与腔体特征采取加性特征截面表面积作为衡量特征重要性的标准；

5、步骤三：传入待简化模型，提取模型平面参数与轮廓参数；

6、步骤四：遍历检测模型平面与轮廓参数，识别模型孔洞、腔体、圆角、倒角四大特征，判断特征类型，分别记入相应集合中；

7、步骤五：计算模型特征重要性指数，遍历孔洞特征集合，标记孔洞特征，计算特征面积ks1，同时识别特征所在基准面，计算其面积ks2，运用比值的方式，从而获得特征重要性指数ku，数据记入集合hs中；

8、步骤六：遍历集合hs，将模型特征按照特征重要性指数ku从大到小进行排序，特征重要性指数ku越大表示特征越重要，反之，特征重要性指数ku越小表示特征越不重要，引入特征重要性参数kub，如果某一特征的特征重要性指数ku小于引入的特征重要性参数kub，则将此特征列入待简化特征进行特征简化；

9、步骤七：其他特征简化根据孔洞特征简化流程进行简化，待四类特征筛选出待简化特征后，最后输出简化后模型，完成简化。

10、本发明的特点在于通过一种基于重要性排序的模型特征简化方法对模型特征进行简化，简化后的模型数据量得到了最大化减少，模型特征在虚拟车间中因光照产生的阴影数据量也得到了有效减少，模型特征涉及的计算量也得到了大幅度降低，同时简化后的模型仍具有高保真的外观质量。

技术特征：

1.一种基于重要性排序的数字孪生模型特征简化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于重要性排序的数字孪生模型特征简化方法，其特征在于：所述步骤一中圆角、倒角、孔洞、腔体四大特征进行简化处理包含：在原有模型基础上，根据圆角相邻两个边，生成要添加的模型，将其附加在原有模型上，进而使得圆角特征被简化为直角特征；倒角的简化过程同圆角一样；孔洞特征的简化主要通过加法原则对圆角特征进行简化；在原有模型基础上，根据模型上下平面的高度以及孔径的大小，生成要添加的模型，将其附加在原有模型上，使孔洞特征被填充；腔体同孔洞特征简化过程一样，减少光线在腔体中内侧面上的多次反射达到轻量优化目的，利用加法原则对此特征进行简化。

3.根据权利要求1所述的基于重要性排序的数字孪生模型特征简化方法，其特征在于：所述步骤二中定义特征重要性排序准则包含：圆角特征和倒角特征采用加性特征体积为衡量重要性的标准，具体地，设定某一体积阈值a，检测加性特征体积是否超过阈值a，如果超过阈值a，此特征将不被简化，如果不超过阈值a，此特征将被列入简化列表；孔洞与腔体特征采取加性特征截面表面积作为衡量特征重要性的标准，这样可以避免截面很大，深度很小的孔洞与腔体特征被简化，设定某一表面积阈值b，检测加性特征截面表面积是否超过阈值b，如果超过阈值b，此特征将不被简化，如果不超过阈值b，此特征将被列入简化列表。

4.根据权利要求1所述的基于重要性排序的数字孪生模型特征简化方法，其特征在于：所述步骤三中提取模型平面参数与轮廓参数包含：平面参数记录此平面的大小、位置、法向量，轮廓参数记录模型零件的外观；平面参数为了识别出模型的孔洞特征和腔体特征，轮廓参数为了识别出模型的圆角特征和倒角特征。

5.根据权利要求1所述的基于重要性排序的数字孪生模型特征简化方法，其特征在于：所述步骤五中计算模型特征重要性指数包含：计算孔洞特征截面面积ks1，然后识别特征所在基准面，并计算基准面的面积ks2，计算重要性指数v＝ks1/ks2，利用此公式计算所有特征的重要性指数，计入集合hs中。

技术总结
本发明公开一种基于重要性排序的数字孪生模型特征简化方法，建立一个模型特征简化准则，针对圆角、倒角、孔洞、成腔四大特征，以加性特征为简化基础，对模型特征进行重要性排序，根据模型的复杂程度与不同需求，引入特征重要性参数，筛选出重要性较低的特征，并对筛选出的特征进行简化，简化后的模型外观不会有明显的变化，但涉及的计算量会大大减少。

技术研发人员：赵永胜,李凯,张月泽,刘子晨,陈良宏
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16