基于模块化组件架构的数字孪生体系统及可视化装配方法与流程

本发明涉及三维可视化仿真，尤其是基于模块化组件架构的数字孪生体系统及可视化装配方法。

背景技术：

1、数字孪生技术通过构建与物理实体映射的虚拟模型，实现物理对象状态的可视化复现、实时仿真与业务逻辑驱动，现已广泛应用于工业设备监控、交通路网仿真、地理空间态势推演等场景。当前数字孪生平台建模方式多采用单体式模型开发模式，模型与业务逻辑强耦合，模型组件、属性配置、业务规则深度绑定，难以实现组件复用与可视化拖拽装配。

2、现有数字孪生建模方案中，三维模型、业务属性、逻辑判定代码通常由开发人员硬编码写入程序，当需要搭建不同规格、不同业务逻辑的孪生体时，必须重新编写代码、开发专属模型，建模周期长，通用性差。部分平台虽引入简单组件化思路，但仅支持基础几何组件的拖拽布局，缺少配套的图形化逻辑规则配置能力，无法直接在可视化编辑器内完成多条件组合判定、条件-动作联动配置，业务逻辑仍依赖后端代码二次开发，非专业开发人员难以独立完成孪生体业务定义。

3、另一方面，现有数字孪生数据同步机制大多采用单向数据转发模式，仅能将外部物联网数据单向推送至孪生模型，缺少多源异构数据的灵活映射能力，难以实现孪生体状态向外部系统的反向事件通知。同时，在运动实体地理仿真场景下，网络传输延迟会造成物理实体位姿数据滞后，传统方案直接采用接收的历史数据包更新三维场景，极易出现模型位置跳变、轨迹失真等问题。常规运动约束仅限定速度与加速度边界，未考虑急动度带来的运动平滑性约束，在网络延迟场景下推算得到的虚拟运动轨迹抖动明显，无法满足地理场景下运动实体高精度时空同步的可视化需求。

4、因此，亟需一种基于模块化组件架构的数字孪生体系统及可视化装配方法，来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，包括以下步骤：

2、获取待装配数字孪生体的物理实体对象元数据和功能组件配置元数据；

3、根据所述物理实体对象元数据获取统一组件接口数据，并根据所述统一组件接口数据获取可装配组件集合和组件元数据；

4、根据所述功能组件配置元数据获取组件属性数据和逻辑规则数据，并将所述组件属性数据和所述逻辑规则数据与所述可装配组件集合进行关联合并，得到模块化组件数据链；

5、根据所述模块化组件数据链获取可视化装配数据，并根据所述可视化装配数据获取待实例化孪生体数据模型；

6、在所述待实例化孪生体数据模型不处于预设组件装配模板内时，将所述待实例化孪生体数据模型与所述预设组件装配模板进行相似度匹配，得到相似装配模板，并基于所述可视化装配数据对所述相似装配模板进行组件语义补充，得到新定义组件装配模板；

7、根据所述新定义组件装配模板对所述待装配数字孪生体进行运行时实例化和可视化装配，得到目标数字孪生体。

8、进一步的，本发明还公开了基于模块化组件架构的数字孪生体系统，包括：

9、第一获取模块，用于获取待装配数字孪生体的物理实体对象元数据和功能组件配置元数据；

10、第二获取模块，用于根据所述物理实体对象元数据获取统一组件接口数据，并根据所述统一组件接口数据获取可装配组件集合和组件元数据；

11、合并模块，用于根据所述功能组件配置元数据获取组件属性数据和逻辑规则数据，并将所述组件属性数据和所述逻辑规则数据与所述可装配组件集合进行关联合并，得到模块化组件数据链；

12、模型获取模块，用于根据所述模块化组件数据链获取可视化装配数据，并根据所述可视化装配数据获取待实例化孪生体数据模型；

13、装配模块，用于在所述待实例化孪生体数据模型不处于预设组件装配模板内时，将所述待实例化孪生体数据模型与所述预设组件装配模板进行相似度匹配，得到相似装配模板，并基于所述可视化装配数据对所述相似装配模板进行组件语义补充，得到新定义组件装配模板；

14、处理模块，用于根据所述新定义组件装配模板对所述待装配数字孪生体进行运行时实例化和可视化装配，得到目标数字孪生体。

15、本申请的有益效果为：

16、其一，本发明通过构建可注册、可拖拽装配的模块化组件体系，将几何模型、属性参数、业务逻辑封装为标准化组件，支持在可视化编辑器内完成孪生体层级装配，无需编写底层代码即可快速搭建数字孪生体，提升组件复用率，缩短孪生模型开发周期，降低业务建模门槛。而设置图形化逻辑规则配置模块，支持多条件组合运算、区间映射、动作链时序与异常处理，可直接完成孪生体业务逻辑的可视化定义，不再依赖后端代码开发，实现业务规则的灵活配置。

17、其二，本发明通过搭建多模式属性映射与事件驱动的双向数据同步架构，支持一对一、一对多、多对一异构数据映射，外部数据源与孪生体之间可双向触发状态更新，兼顾增量更新与批量同步，在保证数据实时性的同时降低系统传输开销。

18、其三，本发明针对地理场景运动实体网络传输延迟带来的位姿滞后问题，本发明引入路网约束的时空反演同步机制，在速度、加速度基础上新增急动度作为运动平滑约束，构建融合急动度最小化、路径横向偏差、终端速度匹配项的多目标优化函数，将三维位姿求解降维为沿路网弧长的单自由度优化问题，提升位姿求解效率与轨迹贴合精度。同时，基于求解残差预生成下一帧运动指令，在数据包丢包或延迟时段进行预渲染补偿，有效抑制三维可视化场景下模型位置跳变、轨迹抖动现象，实现物理实体与数字孪生体的高精度、平滑时空同步。

19、其四，本发明所提出的整套方法体系可适配工业设备、地理交通等多类场景，兼顾建模便捷性、业务配置灵活性与实时仿真的可视化效果，可有效弥补传统单体式数字孪生建模方案通用性差、同步精度不足的短板。

1.基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述根据所述物理实体对象元数据获取统一组件接口数据，并根据所述统一组件接口数据获取可装配组件集合和组件元数据的步骤，包括：

3.根据权利要求1所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述将所述组件属性数据和所述逻辑规则数据与所述可装配组件集合进行关联合并，得到模块化组件数据链的步骤，包括：

4.根据权利要求1所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述根据所述模块化组件数据链获取可视化装配数据的步骤，包括：

5.根据权利要求4所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述逻辑规则数据通过逻辑规则对象进行图形化配置，具体获取步骤包括：

6.根据权利要求1所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述根据所述新定义组件装配模板对所述待装配数字孪生体进行运行时实例化和可视化装配，得到目标数字孪生体，包括：

7.根据权利要求1所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述方法还包括通过数据驱动子系统进行数据驱动同步，具体包括：

8.根据权利要求1所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述可装配组件集合包括地理同步组件，所述方法还包括通过所述地理同步组件进行运动状态同步，具体步骤包括：

9.根据权利要求8所述的基于模块化组件架构的数字孪生体可视化装配方法，其特征在于，所述根据所述可达位置集合获取所述物理实体在当前时刻的同步位姿的步骤，包括：

10.基于模块化组件架构的数字孪生体系统，其特征在于，包括：