基于Unity3D的智能制造VR资源快速构建方法与流程

本发明涉及虚拟现实与智能制造资源构建领域，更具体地说，涉及一种基于unity3d的智能制造vr资源快速构建方法。

背景技术：

1、现有智能制造vr场景通常先完成设备三维建模，再导入unity3d配置碰撞体、交互逻辑及控制脚本。专利cn114022643a公开了一种基于unity3d技术的集成电路制造工艺vr操作系统构建方法，通过三维建模及unity3d场景烘焙实现制造设备虚拟仿真；专利cn114064090a公开了一种车间数字孪生模型更新方法，通过设备数据接口匹配实时设备数据并更新模型参数。上述方案能够完成场景构建或模型更新，但前者侧重模型制作与场景配置，未建立三维结构、制造工艺与控制逻辑之间的统一资源关联；后者侧重设备实时数据驱动的参数更新，难以在结构、工艺或控制关系局部变化时准确限定受影响资源。生产线改型时，整体导入、人工查找依赖对象或全场景重构容易造成重复建模、关联遗漏及验证范围过大。因此，需要一种能够识别变化类型、沿对应制造依赖关系限定传播范围并实施局部增量重构的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于unity3d的智能制造vr资源快速构建方法，其解决了现有智能制造vr场景在结构、工艺或控制关系发生局部变化时，难以准确确定受影响资源范围、易产生无关资源重复重构以及局部更新缺少针对性验证的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：基于unity3d的智能制造vr资源快速构建方法，所述方法包括：

3、获取智能制造场景的三维模型数据、制造工艺数据和设备控制数据，以统一制造对象标识建立跨数据映射；

4、以制造对象为节点，根据对象间的几何运动关系、工艺作用关系和控制依赖关系分别建立几何约束边、工艺作用边和控制依赖边，形成三域制造资源约束图；

5、依据所述三域制造资源约束图识别具备独立运动、独立工艺作用或独立控制关系的制造对象，确定资源切分边界，将三维模型划分为unity3d资源原子，并配置几何接口、工艺接口和控制接口；

6、对各资源原子的结构特征、工艺关联特征和控制绑定特征进行编码，生成结构指纹、工艺指纹和控制指纹；

7、接收更新后的制造数据，通过新旧指纹比较确定初始变化资源及变化类型，按照变化类型选择对应关系边执行影响传播，并以对应接口是否受到所述变化影响作为传播终止条件，获得最小制造依赖闭包；

8、仅对所述最小制造依赖闭包内的资源执行对应重构，对关联工序片段进行局部运行验证，验证通过后替换原unity3d资源，并保持闭包外资源不变。

9、进一步地，所述建立跨数据映射，包括：

10、从三维模型数据中提取制造对象的模型标识、层级关系和几何关联，从制造工艺数据中提取制造对象对应的工序标识、工艺作用对象和工艺衔接关系，从设备控制数据中提取制造对象对应的控制对象标识、控制指令和状态反馈；

11、根据同一制造对象在三类数据中的对象对应关系配置统一制造对象标识，以所述统一制造对象标识为索引，将几何关联、工艺作用关系和控制依赖关系写入同一对象记录，形成三域数据映射关系。

12、进一步地，所述确定资源切分边界，包括：

13、读取各制造对象连接的几何约束边、工艺作用边和控制依赖边；

14、将相对于相邻制造对象具有独立平移或旋转自由度、具有独立工艺输入或输出、具有独立控制指令或状态反馈中的至少一种关系的制造对象确定为候选资源对象；

15、分别确定候选资源对象与相邻制造对象之间的几何连接位置、工艺作用交界位置和控制依赖交界位置，并将存在关系交界的位置确定为资源切分位置；

16、按照所述资源切分位置划分三维模型，使划分所得资源原子保留与相邻资源原子的三类关系边。

17、进一步地，所述配置几何接口、工艺接口和控制接口，包括：

18、根据资源原子的几何结构生成几何网格，依据几何约束边配置坐标基准、碰撞区域和运动自由度，并将几何约束边连接的相邻资源标识写入几何接口；

19、依据工艺作用边配置工艺接口，并在工艺接口中记录工艺作用方向、作用对象和关联工序；

20、依据控制依赖边配置控制接口，并在控制接口中记录控制指令来源、状态反馈去向和动作触发对象；

21、将所述几何网格、坐标基准、碰撞区域、运动自由度、几何接口、工艺接口及控制接口封装为unity3d预制资源。

22、进一步地，所述生成结构指纹、工艺指纹和控制指纹，包括：

23、提取资源原子的几何网格拓扑、几何连接关系、坐标基准和运动自由度作为结构特征，按照统一制造对象标识排列后编码生成结构指纹；

24、提取资源原子参与的工序、工艺作用对象、工艺作用方向和工艺接口关联关系作为工艺关联特征，按照工序执行次序排列后编码生成工艺指纹；

25、提取资源原子的控制对象、控制指令、状态反馈和控制接口绑定关系作为控制绑定特征，按照控制依赖方向排列后编码生成控制指纹；

26、将三类指纹与对应unity3d资源原子的统一制造对象标识关联存储。

27、进一步地，所述确定初始变化资源及变化类型，包括：

28、根据更新后的三维模型数据、制造工艺数据和设备控制数据分别重新生成结构指纹、工艺指纹和控制指纹；

29、分别计算重新生成的三类指纹相对于更新前对应指纹的特征项变化率；

30、当结构指纹变化率、工艺指纹变化率或控制指纹变化率大于各自变化阈值时，分别标记结构变化、工艺变化或控制变化，并将具有至少一种变化标记的资源原子确定为初始变化资源；各变化阈值分别依据同类型资源历史稳定版本的对应变化率分布确定。

31、进一步地，所述按照变化类型选择对应关系边执行影响传播，包括：

32、结构变化沿几何约束边传播，工艺变化沿工艺作用边传播，控制变化沿控制依赖边传播；

33、同一资源具有多种变化标记时，分别沿各变化标记对应的关系边传播；

34、每到达一个相邻资源，对于连续接口参数，将更新前后的参数变化量与对应工程允许变化量比较；对于离散接口字段，比较更新前后字段是否一致；连续接口参数超过对应工程允许变化量或离散接口字段不一致时，将所述相邻资源加入待传播资源集合，否则终止当前传播路径。

35、进一步地，所述获得最小制造依赖闭包，包括：

36、以初始变化资源建立闭包初始集合和待传播资源集合；

37、从待传播资源集合中选取资源，按照其变化标记对应的关系边访问相邻资源，并根据对应接口的比较结果确定是否将相邻资源加入闭包初始集合和待传播资源集合；

38、对新加入的资源重复执行关系边访问，直至待传播资源集合为空；

39、将传播结束时闭包初始集合中的资源确定为最小制造依赖闭包，使对应接口未受到变化影响的资源排除在所述最小制造依赖闭包之外。

40、进一步地，对最小制造依赖闭包内的资源执行对应重构，包括：

41、对于结构变化资源，根据更新后的三维模型数据重新生成几何网格，并更新发生变化的坐标基准、碰撞区域或运动自由度；

42、对于工艺变化资源，根据更新后的制造工艺数据更新工艺作用关系、关联工序和工艺接口；

43、对于控制变化资源，根据更新后的设备控制数据更新控制依赖关系、控制指令绑定、状态反馈绑定和控制接口；

44、对于同时具有两种或三种变化标记的资源，按照对应变化类型执行组合重构，并保留未发生变化的资源配置。

45、进一步地，所述局部运行验证，包括：

46、依据最小制造依赖闭包内的工艺作用边提取包含更新资源的关联工序片段，将更新资源及参与所述关联工序片段的直接关联资源加载至unity3d运行环境；

47、按照几何约束边、工艺作用边和控制依赖边分别执行资源运动、工艺交互和控制交互；

48、采集空间位置、旋转角度、工艺动作时间及控制响应时间，分别按各自工程允许偏差归一化，并以最大归一化偏差作为局部运行偏差指数；

49、当所述局部运行偏差指数不大于1，且几何接口、工艺接口和控制接口状态均与更新后的三域制造资源约束图一致时，替换原unity3d资源并更新对应指纹；

50、否则保留原unity3d资源并输出异常接口对应的资源标识。

51、本发明的有益效果在于：

52、1、本发明通过统一制造对象标识建立三维模型数据、制造工艺数据与设备控制数据之间的跨数据映射，使同一制造对象的几何结构、工艺作用及控制依赖能够在统一数据节点下关联，减少不同数据源之间因对象命名、层级或控制地址不一致造成的资源关联偏差。

53、2、本发明基于几何约束边、工艺作用边和控制依赖边构建三域制造资源约束图，并以独立运动、独立工艺作用或独立控制关系确定资源切分边界，使unity3d资源原子的划分同时反映机械结构边界、工艺功能边界及控制边界，提高资源的独立复用和局部更新能力。

54、3、本发明分别利用结构指纹、工艺指纹和控制指纹表征资源的不同制造语义维度，更新时能够独立识别结构变化、工艺变化及控制变化，避免将不同来源的变化合并为单一状态而导致影响路径无法区分。

55、4、本发明按照变化类型选择对应关系边执行影响传播，并以对应接口是否受到变化影响作为传播终止条件，使变化仅沿实际关联路径扩展，形成最小制造依赖闭包，从而降低将无关资源纳入更新范围的概率。

56、5、本发明仅针对最小制造依赖闭包内资源执行对应重构，并通过关联工序片段进行局部运行验证；验证通过后替换原unity3d资源，闭包外资源保持不变，从而将完整制造场景的重复构建转化为受影响资源的增量构建，降低设备改型、工艺调整及控制逻辑修改后的资源重建和验证工作量。