一种实验设备的轻量化三维模型构建方法、系统及介质与流程

本发明涉及三维建模，具体涉及一种实验设备的轻量化三维模型构建方法、系统及介质。

背景技术：

1、目前，在虚拟现实和数字化建模领域，客观真实地反映现实世界中的实验设备的三维模型，往往具备单体化、实体化、结构化和语义化的综合特征。这些模型通过整合三维几何数据、倾斜摄影数据以及全景图像数据，构建了可以进行空间量算和综合分析的泛三维模型。这种集成多种模型优势的三维数据成果，为设备管理和操作提供了直观的视觉表达。

2、通过三维模型，管理人员能够对设备进行可视化表达，从而形成对设备位置、外观及其所有关键参数的直观认识。然而，实验设备的真三维模型通常数据量巨大，给传统的三维渲染技术带来了挑战。这些技术难以高效处理和流畅渲染如此庞大的三维场景。渲染速度慢：随着三维模型的数据量增加，渲染时间呈现指数级增长，导致渲染速度变慢，难以满足实时渲染的需求。

3、显示效果不佳：由于模型数据量大，传统的三维渲染技术无法充分利用gpu的计算能力，导致渲染出来的效果不尽人意，无法满足高精度、高保真度的需求。

4、数据处理难度大：实验设备的真三维模型数据通常来自不同的来源，并且包含大量的复杂属性数据，需要对这些数据进行处理和整合，以便于进行渲染和分析。但是，传统的数据处理技术难以满足如此大规模的数据处理需求。

5、可视化交互性差：随着数据量的增加，用户在进行三维模型的交互操作时，往往会出现卡顿、延迟等问题，影响用户体验，这也是传统三维渲染技术的一个缺陷。

6、现有的三维模型轻量化处理方法无法应用于实验设备的三维模型构建中，且耗费内存大，时间长。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：现有的三维模型轻量化处理方法无法应用于实验设备的三维模型构建中，且耗费内存大，时间长，本发明目的在于提供一种实验设备的轻量化三维模型构建方法、系统及介质；在现有的三维模型轻量化处理方法上进行方法上的改进，融合了实时遮挡数据裁剪方法、四叉树结构的细节层次(lod)模型和数据动态装载技术，快速地显示和分析海量真三维数据，以接近人们自然观察方式的表现具有丰富几何细节和相片质感的三维模型，具有与现实世界逼近的视觉体验和空间感知。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本方案提供一种实验设备的轻量化三维模型构建方法，包括：

4、步骤一：获取实验设备的建模数据，并对建模数据进行预处理；所述建模数据包括图像数据；

5、步骤二：基于实时遮挡数据裁剪方法对预处理后的图像数据进行裁剪处理；

6、步骤三：基于四叉树结构的多分辨率lod方法依据视点的位置和方向选择多分辨率的三维模型表示，并对三维模型进行区域渲染；

7、步骤四：基于数据分层、分块以及数据页动态更新方法对步骤三得到的三维模型进行实时描绘，然后输出三维模型。

8、目前，传统的三维模型轻量化处理方法在应用于实验设备的三维模型构建时面临挑战。这些方法往往消耗大量内存，处理时间长，难以适应实验设备三维模型数据量大的特点。由于真三维模型的数据量庞大，传统的三维渲染技术难以高效渲染如此复杂的场景。本发明提出一种实验设备的轻量化三维模型构建方法，通过算法创新融合实时遮挡裁剪、四叉树lod模型及动态数据装载技术，实现了对大规模真三维数据的迅速展示与分析，呈现了高细节、照片级真实感的三维模型，提供了逼真的视觉体验和空间感知，近似于人们直观观察现实世界的方式。

9、进一步优化方案为，所述对建模数据进行预处理包括：

10、根据用户的操作习惯和历史数据，预测用户视点的移动轨迹，为后续遮挡测试提供先验知识。将大型实验设备场景分割为多个子区域，并为每个子区域建立层次结构的包围盒(空间凸壳范围)，以简化遮挡测试的计算复杂度。在用户视点沿特定路径移动时，优先选择临近设备障碍物作为潜在的遮挡物。对于被遮挡的区域，降低渲染优先级或直接跳过渲染，从而减少计算资源消耗。

11、进一步优化方案为，所述对建模数据进行预处理，还包括：制作定位文件和建立模型的lod。

12、进一步优化方案为，所述基于实时遮挡数据裁剪方法对预处理后的图像数据进行裁剪处理，包括方法：

13、利用多个遮挡物对预处理后的图像数据进行可见性测试，识别出图像中的场景区域是否出现全部遮挡或部分遮挡，并识别出图像中所有视点的周边大型遮挡物；所述大型遮挡物表示在实验设备三维模型构建过程中，在垂直于观察方向平面上投影面积的占比超过预设阈值的遮挡物；具体的该预设阈值可以根据实际情形设定为0.1％至50％之间、5％至30％，或10％至20％；这样的遮挡物由于其较大的面积占比，会对实验设备场景的其他部分产生明显的遮挡效果，从而在轻量化模型构建过程中需要特别处理以优化模型的准确性和可视化效果。

14、重复进行层次结构的可见性测试，将动态遮挡目标数组进行剔除处理：

15、对于评估动态遮挡目标数组中的每个对象，评估当前对象在可见性测试中的遮挡效果；若当前对象在连续n次可见性测试中未产生遮挡效果，或遮挡效果低于遮挡阈值时，则将当前对象从动态遮挡目标数组中剔除；

16、对各动态遮挡目标数组进行筛选，移除不符合条件的动态遮挡目标数组。根据剔除后的动态遮挡目标数组，优化实验设备的轻量化三维模型，减少不必要的计算和渲染资源消耗。

17、进一步优化方案为，所述基于四叉树结构的多分辨率lod方法依据视点的位置和方向选择多分辨率的三维模型表示，包括方法：

18、配置投影参数和金字塔处理级别，随着视点位置的移动对建模数据进行重采样，并建立金字塔根据建模数据得到中间数据；

19、修改中间数据：设置背景数据，基于背景数据对中间数据进行勾边融合；

20、将修改后的中间数据打包生成系统加载包数据格式；

21、基于第一细节的层次表示三维模型中视点周围的区域，基于第二细节的层次表示三维模型中远离视点的区域，其中第一细节的精度大于第二细节的精度。

22、进一步优化方案为，所述基于四叉树结构的多分辨率lod方法依据视点的位置和方向选择多分辨率的三维模型表示，并对三维模型进行区域渲染，包括方法：

23、基于视相关的lod简化方法依据视点的位置和方向选择多分辨率的模型表示；

24、将实验设备场景分割成多个大小不同的区域，其中视点周围的区域分割面积大于远离视点的区域；

25、对所有区域进行渲染。

26、进一步优化方案为，所述对所有区域进行渲染，包括方法：

27、t1，对于尺寸在第一区间的区域，默认设置进行第一细节渲染；

28、对于尺寸在第二区间的区域，默认设置进行第二细节渲染；

29、对于尺寸在第三区间的区域，默认设置进行第三细节渲染；

30、其中第一区间、第二区间和第三区间的尺寸依次减小；第一细节渲染、第二细节渲染和第三细节渲染的渲染精度依次减小；

31、t2，获取观察视角和观察视距，当区域i的观察视距小于第一观察阈值且观察视角覆盖整个区域i时，增加区域i的渲染精度；当区域i的观察视距大于第二观察阈值且观察视角完全不覆盖区域i时，减小区域i的渲染精度；其中第一观察阈值小于第二观察阈值。

32、进一步优化方案为，还包括：步骤五，基于文件系统存储三维模型。

33、本方案还提供一种实验设备的轻量化三维模型构建系统，其特征在于，用于实现上述的实验设备的轻量化三维模型构建方法，包括：

34、预处理模块，用于获取实验设备的建模数据，并对建模数据进行预处理；所述建模数据包括图像数据；

35、裁剪模块，用于基于实时遮挡数据裁剪方法对预处理后的图像数据进行裁剪处理；

36、表示渲染模块，用于基于四叉树结构的多分辨率lod方法依据视点的位置和方向选择多分辨率的三维模型表示，并对三维模型进行正方形区域的渲染；

37、描绘输出模块，用于基于数据分层、分块以及数据页动态更新方法对步骤三得到的三维模型进行实时描绘，然后输出三维模型。

38、本方案还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如上述的一种实验设备的轻量化三维模型构建方法。

39、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

40、本发明提供的一种实验设备的轻量化三维模型构建方法、系统及介质，在传统的三维模型数据可视化技术的基础上进行了算法优化和创新，融合了实时遮挡数据裁剪方法、四叉树结构的细节层次(lod)模型和数据动态装载技术，快速地显示和分析海量真三维数据，以接近人们自然观察方式的表现具有丰富几何细节和相片质感的三维模型，具有与现实世界逼近的视觉体验和空间感知。