一种三维模型轻量化转换的PLM在线预览处理方法与流程

本发明涉及一种三维模型轻量化转换的plm在线预览处理方法，属于三维模型在线预览的。

背景技术：

1、随着产品生命周期管理（plm）系统的普及，三维模型在web端及移动端的在线预览需求日益增长。由于三维装配体模型数据量庞大，受限于终端设备的算力与网络带宽，通常需要对模型进行轻量化转换后才能进行在线预览。

2、现有技术通常基于固定的视距、屏幕投影面积或包围盒体积等纯几何视觉特征，对模型节点进行剔除或细节层级（lod）切换以降低渲染压力。然而，这种预览策略未考虑模型节点在工程语义上的重要性，当视距较远或系统算力不足时，关键的工程语义特征（如配合面、孔位、基准轴等）会作为微小细节被一并剔除或降级，导致预览界面丧失工程属性参考价值。

3、因此，现有技术存在因预览策略与用户工程意图不匹配，导致在算力受限场景下工程语义特征丢失的技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：提供一种三维模型轻量化转换的plm在线预览处理方法，它解决了现有预览策略与用户工程意图不匹配导致算力受限时工程语义特征丢失的问题。

2、本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

3、一种三维模型轻量化转换的plm在线预览处理方法，包括以下步骤：

4、获取目标三维模型的空间索引数据、几何属性数据以及各模型节点的工程语义权重；

5、根据当前交互状态参数计算各所述模型节点的屏幕投影几何权重，并结合所述工程语义权重生成各所述模型节点的综合调度权重；

6、构建包含主渲染视锥体和逻辑预取视锥体的双视锥架构，基于所述工程语义权重修正所述逻辑预取视锥体的投影参数以生成膨胀预取视锥体，利用所述膨胀预取视锥体与所述空间索引数据进行相交测试，触发模型数据的预加载；

7、根据所述综合调度权重和当前系统资源状态参数，对所述模型节点执行分级调度；

8、针对投影尺寸小于预设像素阈值的模型节点，若该模型节点被判定处于视觉不可见区且其工程语义权重低于保护阈值，则执行视觉剔除处理或极简代理渲染处理；若该模型节点被判定处于视觉不可见区且其工程语义权重高于所述保护阈值，则触发双模态降级处理：在逻辑层保留所述模型节点的参数化几何原语并抑制其面片数据加载，在渲染层将所述模型节点转换为工程符号进行显示。

9、可选地，所述获取各模型节点的工程语义权重的步骤包括：

10、获取所述模型节点的零件类型因子、装配约束因子、公差因子和装配层级因子；

11、对所述零件类型因子、所述装配约束因子、所述公差因子和所述装配层级因子分别进行归一化映射处理，得到对应的第一映射值、第二映射值、第三映射值和第四映射值；

12、将所述第一映射值、所述第二映射值、所述第三映射值和所述第四映射值分别与对应的预设权重系数相乘后求和，得到所述工程语义权重；

13、监听所述目标三维模型的设计变更事件，当检测到所述设计变更事件时，重新执行所述工程语义权重的计算。

14、可选地，所述基于所述工程语义权重修正所述逻辑预取视锥体的投影参数的步骤包括：

15、获取当前主渲染视锥体内工程语义权重大于保护阈值的目标特征，并获取预测的未来时刻视点位置；

16、将各目标特征对应的位置差值与工程语义权重的乘积进行向量累加，得到语义吸引力矢量，其中，所述位置差值为该目标特征的空间位置与所述预测的未来时刻视点位置之间的差值；

17、获取摄像机局部坐标系的右向量和上向量，将所述语义吸引力矢量分别与所述右向量和所述上向量进行点乘运算，得到第一投影分量和第二投影分量；

18、将所述第一投影分量和所述第二投影分量分别乘以对应的预设增益系数，并除以所述语义吸引力矢量的模长与防除零常数的和，得到横向视口偏移量和纵向视口偏移量；

19、将所述横向视口偏移量和所述纵向视口偏移量作为剪切平面偏移参数，生成非对称离轴投影矩阵以修正所述逻辑预取视锥体的投影参数；

20、当所述语义吸引力矢量的模长小于预设向量阈值时，判定当前主渲染视锥体内的目标特征方向存在冲突，将所述非对称离轴投影矩阵切换为各向同性视锥膨胀模式，在所有方向上均匀扩大所述逻辑预取视锥体的范围。

21、可选地，所述获取预测的未来时刻视点位置的步骤包括：

22、采用扩展卡尔曼滤波器，基于过去预设帧数的角速度、平移速度和位置数据进行状态预测，得到所述预测的未来时刻视点位置；

23、获取所述扩展卡尔曼滤波器的预测协方差矩阵迹；

24、当所述预测协方差矩阵迹超过预设协方差阈值时，触发保守预取策略，仅请求当前主渲染视锥体周边预设膨胀系数范围内的模型数据。

25、可选地，所述触发双模态降级处理的步骤包括：

26、在内存中驻留所述模型节点的参数化几何原语，所述参数化几何原语为从产品生命周期管理轻量化模型格式中提取的边界表示曲面数据或非均匀有理b样条几何数据，所述轻量化模型格式采用显示信息与几何信息双轨制存储结构；

27、在渲染层，采用屏幕空间渲染模式，利用坐标变换将三维特征坐标映射至屏幕二维坐标系，生成具有预设固定像素尺寸的所述工程符号；

28、通过预配置的查找表，将所述模型节点的工程语义类型映射为对应的工程符号图形原语进行渲染，其中，孔位特征映射为十字靶心，配合面特征映射为虚线框，基准轴特征映射为点划线，螺纹特征映射为螺纹符号；

29、当接收到对所述工程符号的交互操作时，读取预计算的元数据展示对应的工程属性。

30、可选地，所述针对投影尺寸小于预设像素阈值的模型节点的判定步骤包括：

31、计算所述模型节点在屏幕空间的投影直径；

32、当所述投影直径小于预设像素阈值时，提取所述模型节点的空间频率；

33、将所述空间频率输入预设的对比度敏感函数模型，计算对比度敏感度，所述对比度敏感函数模型用于表征人眼对不同空间频率的对比度感知衰减特性，其计算过程基于空间频率的指数衰减与带通滤波特性进行；

34、当所述对比度敏感度低于预设视觉阈值时，判定所述模型节点处于视觉不可见区。

35、可选地，所述根据所述综合调度权重和当前系统资源状态参数，对所述模型节点执行分级调度的步骤包括：

36、实时采样当前客户端的系统状态参数，所述系统状态参数包括帧率、显存占用和网络延迟；

37、当所述帧率大于或等于第一阈值时，执行高质量渲染模式；当所述帧率小于第一阈值且大于或等于第二阈值时，执行平衡模式；当所述帧率小于第二阈值时，执行极简模式；

38、各模式之间的切换采用滞后阈值和缓动曲线处理。

39、可选地，所述分级调度与所述模型数据的预加载之间形成互馈调节机制，所述互馈调节机制包括：

40、获取所述模型数据的预加载过程中的缓存命中率；

41、当所述缓存命中率高于预设命中率阈值时，降低预取强度，包括减小预取视锥体的扩张幅度；当所述缓存命中率低于预设命中率阈值时，提高预取强度，包括增大预取视锥体的扩张幅度；

42、根据当前帧率检测结果反向调节预取请求的并发数，以及根据当前帧率动态微调所述保护阈值。

43、可选地，所述执行视觉剔除处理或极简代理渲染处理的步骤包括：

44、对于屏幕投影面积小于预设极小值且工程语义权重低于极小权重阈值的模型节点，不渲染任何内容，保留在场景树中的逻辑占位；

45、当所述模型节点的包围盒体积介于预设的第一体积阈值与第二体积阈值之间时，渲染有向包围盒，所述有向包围盒的透明度根据所述模型节点在装配树中的层级动态调整，且边框线高亮显示；

46、当所述模型节点的包围盒体积大于所述第二体积阈值时，读取子树原始顶点数据，进行随机降采样提取预设比例的顶点渲染为点云代理，其中，所述第一体积阈值小于所述第二体积阈值。

47、可选地，在所述模型节点发生精度切换时，还包括平滑过渡处理，所述平滑过渡处理包括：

48、同时渲染高精度模型和低精度模型；

49、根据当前视距计算混合因子；

50、在片元着色器中，根据当前像素的屏幕坐标，采样预先生成的空间蓝噪声纹理获取固定的抖动噪声值；

51、当所述随机噪声值大于所述混合因子时，丢弃所述高精度模型的像素；当所述随机噪声值小于或等于所述混合因子时，丢弃所述低精度模型的像素。

52、本发明的有益效果是：

53、1.通过引入工程语义权重并结合屏幕投影几何权重生成综合调度权重，使模型的调度策略能够根据用户的观察尺度自适应地平衡视觉显著性与工程重要性，预览策略更加符合实际工程意图；

54、2.构建双视锥架构并基于工程语义权重和预测视点动态修正逻辑预取视锥体，实现了语义驱动的定向数据预加载，提高了缓存命中率并有效减少了视角切换时的加载卡顿；

55、3.针对投影尺寸小于阈值的节点，采用双模态降级处理机制，在逻辑层保留参数化几何原语以维持工程精度与可交互性，在渲染层以固定尺寸的工程符号进行替代显示，在不消耗大量gpu渲染资源的前提下，有效避免了关键工程语义特征的视觉丢失，实现了渲染性能与工程语义保真的平衡。