CN110503718A - 三维工程模型轻量化显示方法 - Google Patents

Abstract

一种三维工程模型轻量化显示方法，该三维工程模型是指计算机数字化的三维模型，该方法包括步骤：将数字化的三维工程模型进行基于实际显示环境的轻量化处理；将二维标签挂载在所述的三维工程模型上，实现二维标签三维化的动态定位与实时显示。通过定位三维工程模型的形心坐标，从而确定挂载二维标签的三维实体坐标位置。用于解决大型工程项目或者产品的管理中所需要的三维模型的轻量化处理和信息显示管理问题。

Description

三维工程模型轻量化显示方法

技术领域

本发明属于大型工程管理技术领域，特别涉及一种三维工程模型轻量化显示方法。

背景技术

在飞机研制过程中，各管理层及业务层需实时掌握飞机研制的信息，了解飞机研制进度。对于该需求，目前使用较多的方法是，通过仪表盘、报表等传统BI分析展示模式分层级分维度对相关信息进行分析展示。但是飞机研制属于非常复杂的***工程，随着业务的不断展开，需要分析展示的信息越来越多，传统BI显现方法有严重的弊端。比如，由于分析维度数量庞大，仪表盘、报表分析层级多，日积月累，展示数量庞大，容易造成管理层及各业务层信息获取混乱，管理效率低。基于以上现状，飞机制造商迫切需要一种形象化、易于使用、能够全方位反映飞机研制信息的展示方式。

其中一个解决方案是，借鉴地理信息***GIS，将飞机视作一张地图，构建飞机GIS，将飞机研制相关信息直接通过飞机模型进行展示。由于大多数三维CAD***(Pro/E、UG、Catia等)建立的三维模型都是为了工程研发设计的实体模型，实体模型虽然包含描述部件的所有几何和拓扑信息，但是如果要全部现实这些信息，则实体模型对计算机性能要求很高，造成图形图像在显示器上的显示速度较慢，在面对非专业的普通工作人员的浏览场景时，效果并不理想。为了解决这个问题，可以对原始模型采取轻量化处理，形成面向管理和商务需要的模型，利用该模型可以进行浏览、圈阅、挂载数据等处理。

现有的轻量化过程是，首先过滤非几何信息(包括注释实体、结构实体特征定义、造型历史等信息)；其次，对模型中复杂的曲线曲面进行简化，并对简化后的数据进行拓扑、重构；最后，有必要时，进行编码压缩。然而，由于需要分析显示的对象繁多，上述轻量化的方法将带来巨大的工作量和计算量。同时在一定的，尤其是非专业图形显示功能强化的显示环境下，上述大量工作可能是不必要的。

另外，很难对复杂的目标建立精准的三维模型,当在同一类的三维场景使用相同的模型，导致同一类型的目标无法具体区分，容易造成混淆。如飞机具体结构件、***件无法从模型上区分，而实际中的各种模型在表面都有明确的不同标签及辅助信息。

为了解决这一问题，通常可以有这样的解决思路：

1.在使用建模软件建模时，直接把相关信息建在模型上，固定在一个确定的位置上。其缺点是用户应用中无法改变标签信息的位置和信息内容，可用性差。

2.在三维建模时，需要预留位置标志，用户在应用中修改模型的相关信息。其缺点是标签显示不独立于三维工程模型，灵活性不足。

3.在模型上方加一个独立的二维或三维标签用来显示相关信息，从视觉来看是两部分，缺乏真实感。

发明内容

本发明实施例提供了一种三维工程模型轻量化显示方法，用于解决大型工程项目或者产品的管理中所需要的三维模型的轻量化处理和信息显示管理问题。

本发明实施例之一，一种三维工程模型轻量化显示方法，该三维工程模型是指计算机数据化的三维模型，该方法包括步骤：

将数据化的三维工程模型进行轻量化处理；

将二维标签挂载在所述的三维工程模型上，实现二维标签动态定位与实时显示。其中，

通过定位三维工程模型的形心坐标，从而确定挂载二维标签的三维实体坐标位置。

在轻量化处理过程中，根据显示或投影设备的分辨率、DPI参数、模型的实际尺寸，以屏幕像素点面积阈值为对比，对三维工程模型进行轻量化处理，过滤冗余信息，在保持原有模型外观和展示效果的前提下，生成简化模型。

本发明基于轻量化的三维工程模型，通过鼠标点击对相应部位的研制信息按需进行展示。为了实现将二维标签挂载在三维实体上，需要定位三维工程模型的视觉中心点，确定挂载标签信息的三维实体的坐标信息，并实现标签动态定位与实时显示。通过标签实现包括大型飞机类的三维工程模型中具体相关部件或者部位的精准定位和研制信息的分析展示，方便管理层及各业务层信息获取，降低了信息管理难度，提高管理效率和透明度。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1根据本发明实施例的三维工程模型标签实时显示流程示意图。

具体实施方式

根据一个或者多个实施例，三维工程模型轻量化显示方法包括对于三维工程模型轻量化，以及标签动态定位与实时显示。在这里，标签是指对三维模型的面向业务需求的解释和说明，如飞机部件的名称。

三维工程模型轻量化处理，常见于企业应用场景中的可视化展现，例如产品生产状态的监控。受显示或投影设备分辨率的限制以及应用的实际需要，此类场景应用通常仅需要三维模型在一定显示尺度的水平上显示，而并不需要模型的全尺度缩放。因此，根据显示或投影设备的分辨率、DPI参数、模型的实际尺寸，可计算得到在此尺度水平上的屏幕像素点面积阈值，获得满足需要的显示信息量。由于三维模型可以由三角形面片组成，若某三角形面片面积小于该面积阈值，则可以确定，将此面片与相邻面片合并处理，不会对实际显示效果造成影响。其中，具体的三角面片处理算法如下：

(1)获取摄像机中对应屏幕的像素，设置像素面积阈值T为n(n>＝3)个相邻像素点面积S_P，即T＝S_P；

(2)随机选取一个三角面片t(合并完成标识不为1)，获取三角面片的面积S_t；

(3)比较三角面片面积与像素面积阈值的大小：

a.如果S_t大于或者等于S_p，为该三角面片的合并完成标识设置为1同时跳转到步骤(2)；

b.如果S_t小于S_p，选取三角面片相邻的三角面片t1，面积为S_t1，存在以下几种情况：

1、S_t+S_t1>＝S_p，合并三角面片t与t1，为该三角面片的合并完成标识设置为1同时跳转到步骤(2)。

2、S_t+S_t1<S_p，合并三角面片t与t1，S_t＝S_t+S_t1；

3、如果t还有相邻面片则查找t的下一个相邻三角面片tx，合并三角面片tx，为该三角面片的合并完成标识设置为1。如果S_t+S_tx<S_p则S_t＝S_t+S_tx，继续本步骤操作；否则跳转步骤(2)；

如果t没有相邻三角面片则采用广度优先遍历查找下一层tx的相邻三角面片，重复步骤(3)。

根据一个或者多个实施例，标签动态定位与实时显示方法，将二维标签挂载在三维实体上，通过定位三维工程模型的视觉中心点，确定挂载标签信息的三维实体的坐标信息。

通过对三维工程模型视点选择算法的研究，发现不同视点获取模型信息都与模型的几何属性有关，且不同视点的交叉点为模型的形心位置，模型的形心位置即为模型的视觉中心点。通过定位三维工程模型的形心坐标，从而确定挂载二维标签的三维实体坐标位置。

由于三维工程模型属于不规则模型，需要借助形心识别算法获取模型的形心。这时，首先对模型进行目标分割，按照一定的阈值将模型分割成易于获取形心位置的规则球面，然后采用形心识别算法定位形心坐标。其中，计算公式为：

公式(1)中，V_i是每个基本模型的体积，x_i、y_i、z_i分别是每个基本模型的形心的x、y、z坐标。

根据形心的定义，其位置是标签显示合适的位置，但由以上计算公式可知，形心位置的计算较为复杂。对诸如大型航空飞行器这样的复杂三维工程模型而言，实时计算所有模型的形心位置，将耗费巨大的计算资源，带来巨大的性能损失，因而不具备实际可操作性。为解决这一问题，一种可行的办法是，预先在三维工程模型基础上，经过一次性计算，在每一形心位置挂接隐藏的独立的为标签而设的三维模型(如Cube)，在模型载入时，同时载入标签模型并以此展示标签。实际应用时，对三维工程模型的缩放、旋转等操作，会同样作用与此标签三维模型，从而实现标签的实时动态定位和展示，且仅需极少的计算资源。

根据一个或者多个实施例，如图1所示，三维工程模型标签实时显示方法是从三维模型数据库中读出三维模型，通过操作鼠标交互更改标签或者读取Json文件生成。具体的实现三维模型标签实时显示的步骤如下：

第1步，加载三维模型，如果通过Json文件加载标签信息执行步骤第6步，否则执行第2步；

第2步，获取三维模型形心坐标信息，生成Json文件，包括三维模型形心坐标信息、对应模型结构信息及其他辅助信息；

第3步，创建cube作为挂载二维标签的三维实体，并通过调用Json文件，将三维模型形心坐标信息赋予三维实体，并获取二维标签信息；

第4步，在三维模型中通过鼠标交互更改标签位置信息；

第5步，显示三维模型及标签，执行第7步；

第6步，读取Json文件生成。如果不是第一次加载这个模型，那么可以选择该模型对应的Json文件，可对Json文件中的标签信息进行更改然后直接进行绘制和显示，避免了对于模型目标区域的重复操作。如果要修改标签的位置则转到第4步；

第7步，保存和标签有关的数据到Json文件，方便下次调用时进行直接绘制或输出到其他三维显示***中。

在本例中，实现了标签在三维模型上的实时显示。在视觉效果方面，标签与三维模型融为一体，与现实世界真实情况相一致，真实感较强；在用户操作方面，将标签挂载在空的三维实体上，可灵活更改标签位置信息；在模型加载方面，一次性获取三维模型的形心坐标信息，快速定位三维模型对应标签位置，提高模型处理效率。本例中的三维模型即是三维工程模型。

根据一个或者多个实施例，一种飞机三维模型轻量化显示方法，用于大型民用客机的基于三维产品模型轻量化的生产管理***，可以包括以下步骤：

1)通过CATIA创建三维工程模型，导出STL格式的文件。导出时，根据应用需求，控制生成三角面片的数量；

2)采用java语言实现上述步骤1)，对模型进行轻量化处理。将轻量化的模型导入3DMax，导出FBX格式的三维模型；

3)将上述FBX格式的三维模型导入Unity，与相关业务数据(如质量数据、生产进度数据、供应链数据等)进行关联；

4)生成Json文件格式的标签信息，包括各子模型形心坐标信息、对应结构信息等；

5)创建cube，调用Json文件，获取坐标信息及相应二维标签信息；

6)更改标签位置信息，包括在三维模型中通过鼠标交互更改标签位置信息，或者在Json文件中对相应的标签信息进行更改；

7)显示三维模型及相关标签。

根据一个或者多个实施例，一种大型客机的三维工程模型轻量化显示***，该***包括，

轻量化模块，用于将数据化的三维工程模型进行轻量化处理；

标签定位于显示模块，用于将二维标签挂载在所述的三维工程模型上，实现二维标签动态定位与实时显示。

根据一个或者多个实施例，一种大型客机三维工程模型轻量化显示装置，所述显示装置包括存储器；以及

耦合到所述存储器的处理器，该处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器执行以下操作：

将数据化的三维工程模型进行轻量化处理；

将二维标签挂载在所述的三维工程模型上，实现二维标签动态定位与实时显示。其中，通过定位三维工程模型的形心坐标，从而确定挂载二维标签的三维实体坐标位置。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

所述集成的单元如果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，本发明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，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明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(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种三维工程模型轻量化显示方法，该三维工程模型是指计算机数字化的三维模型，该方法包括步骤：

将数字化的三维工程模型进行轻量化处理；

将二维标签挂载在所述的三维工程模型上，实现二维标签动态定位与实时显示。

2.权利要求1所述的三维工程模型轻量化显示方法，其特征在于，通过定位三维工程模型的形心坐标，从而确定挂载二维标签的三维实体坐标位置。

3.权利要求1所述的三维工程模型轻量化显示方法，其特征在于，在轻量化处理过程中，根据显示或投影设备的分辨率、DPI参数、模型的实际尺寸，以屏幕像素点面积阈值为对比，对三维工程模型进行轻量化处理，过滤冗余信息，在保持原有模型外观和展示效果的前提下，生成简化模型。

4.权利要求2所述的三维工程模型轻量化显示方法，其特征在于，标签动态定位与实时显示方法包括以下步骤：

步骤1，从三维工程模型数据库中读出三维模型，加载三维模型，如果通过Json文件加载标签信息执行步骤6，否则执行步骤2；

步骤2，获取三维工程模型形心坐标信息，生成Json文件，包括三维模型形心坐标信息、对应模型结构信息及其他辅助信息；

步骤3，创建cube作为挂载二维标签的三维实体，并通过调用Json文件，将三维模型形心坐标信息赋予三维实体，并获取二维标签信息；

步骤4，在三维模型中通过鼠标交互更改标签位置信息；

步骤5，显示三维工程模型及标签，执行步骤7；

步骤6，读取Json文件生成，如果不是第一次加载所述模型，那么选择该模型对应的Json文件，对Json文件中的标签信息进行更改然后直接进行绘制和显示，如果需要修改标签的位置则转到步骤4；

步骤7，保存与标签有关的数据到Json文件，用于下次调用时进行直接绘制或输出到其他格式标准的三维显示***中。

5.一种三维工程模型轻量化显示***，其特征在于，该***包括，

轻量化模块，用于将数据化的三维工程模型进行轻量化处理；

标签定位于显示模块，用于将二维标签挂载在所述的三维工程模型上，实现二维标签动态定位与实时显示。

6.一种三维工程模型轻量化显示装置，其特征在于，所述显示装置包括存储器；以及

耦合到所述存储器的处理器，该处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器执行以下操作：

将数据化的三维工程模型进行轻量化处理；

将二维标签挂载在所述的三维工程模型上，实现二维标签动态定位与实时显示。

7.权利要求6所述的三维工程模型轻量化显示装置，其特征在于，所述处理器执行的操作还包括，

通过定位三维工程模型的形心坐标，从而确定挂载二维标签的三维实体坐标位置。

8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4中任一所述的方法。