虚拟现实可视化方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

1.本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种虚拟现实可视化方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.vr技术是指通过计算机仿真系统模拟真实世界，并通过多元信息融合，为用户提供多信息、三维动态、交互式的仿真体验。与传统交互方式不同，用户可借助cave系统、vr头盔、操作手柄等设备与虚拟环境交互，结合三维立体图像显示，更具真实感、自主性。
3.虚拟仿真评估是指在产品设计阶段利用vr技术，将产品数字样机在vr环境中进行三维显示，设计人员借助vr设备置身于虚拟环境中，进行产品设计合理性评估。虚拟仿真评估方法打破了传统二维桌面式设计中的无法体现深度关系、观察困难的局限，为设计人员提供了三维沉浸式产品数字样机解决方案。
4.现有技术中，如需更改模型，则需要返回可视化软件中更改模型后，再次进行材质编辑、灯光计算、阴影烘焙等一系列流程，才能将修改后的可视化模型发布至-多通道vr系统，操作繁琐，时间周期长，不适用于设计方案虚拟仿真的快速迭代。


技术实现要素：

5.本发明提供一种虚拟现实可视化方法、装置、计算机设备及存储介质，用于实现多通道vr系统任意cad模型的动态导入及快速可视化，提高cad模型迭代效率。
6.本发明实施例提供一种虚拟现实可视化方法，所述方法包括：
7.对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型；
8.将所述cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；确定渲染显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置，
9.将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染；
10.当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使所述渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。
11.本发明实施例提供一种虚拟现实可视化装置，所述装置包括：
12.获取模块，用于对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型；
13.显示模块，用于将所述cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；
14.确定模块，用于确定显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置；
15.发送模块，用于将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个
渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染；
16.同步渲染模块，还用于当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使所述渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。
17.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述虚拟现实可视化方法。
18.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述虚拟现实可视化方法。
19.本发明提供的一种虚拟现实可视化方法、装置、计算机设备及存储介质，对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型；将所述cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；确定显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置；将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染；当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使所述渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。从而通过本发明实现了多通道vr系统任意cad模型的动态导入及快速可视化，提高cad模型vr可视化迭代效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明一实施例中虚拟现实可视化方法的一流程图；
22.图2是本发明一实施例中cad模型的动态导入及解析流程图；
23.图3是本发明一实施例中控制节点cad可视化模型vr场景动态加载图；
24.图4是本发明一实施例中控制节点动态发布指令流程图；
25.图5是本发明一实施例中渲染节点cad可视化模型vr场景动态加载图；
26.图6是本发明一实施例中vr系统动态同步流程图；
27.图7是本发明一实施例中虚拟现实可视化装置的一原理框图；
28.图8是本发明一实施例中计算机设备的一示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在一实施例中，如图1所示，提供一种虚拟现实可视化方法，以该方法包括如下步
骤：
31.s10，对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型。
32.具体的，本实施例获取cad可视化模型的过程可以为：
33.步骤1.模板工程及模型准备：在控制节点指定路径下放置可视化模板工程及待导入cad模型；其中，可视化模板工程是一个exe可执行应用程序。这个可视化模板工程运行起来是一个基础虚拟场景，里面包含简单的光照设置、环境设置、简单的漫游交互逻辑。
34.步骤2.模型动态导入及解析：控制节点启动cad模型导入服务端或者本地计算机进行cad模型的动态导入及解析，获取cad模型几何信息及装配信息，形成cad可视化模型。
35.在本发明提供的一个具体实施例中，cad模型导入及解析是指对于任意cad模型，cad模型导入服务端接收导入指令便自动读取解析该cad模型数据，并将解析结果存储至计算机内存，形成cad可视化模型，供cad可视化模型vr场景动态加载使用。进程通信采用grpc通信机制，但不限于此。具体步骤是(如图2所示)：
36.步骤1.控制节点启动cad模型导入服务端；
37.步骤2.用户在控制节点上根据使用需求选择待导入cad模型；
38.步骤3.控制节点发送模型导入指令至cad模型导入服务端；
39.步骤4.cad模型导入服务端接收到模型导入指令后开始进行cad模型解析及模型处理：获取模型几何信息、装配信息，并进行模型细分、模型修复；其中，模型细分是将cad模型转化为三角面片网格模型，便于后续的可视化绘制及渲染。模型修复的典型操作有：统一法线、模型整合等，也是为了后续的可视化绘制及渲染。
40.步骤5.cad模型解析完成后，cad模型导入服务端将解析数据存储于控制节点计算机内存，形成cad可视化模型，供vr场景动态加载使用。
41.s20，将cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；确定渲染显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置。
42.cad可视化模型vr场景动态加载是指基于已运行的可视化模板工程，将cad可视化模型动态加载到基础虚拟场景中，包括控制节点模型加载及渲染节点模型加载两部分：控制节点模型加载为用户提供显示界面，用户可将cad可视化模型置于虚拟场景中的任意位置，便于用户观察模型并完成操作(即用户确定的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中的显示位置)；渲染节点模型加载是基于控制节点指令，自动完成目标cad可视化模型在虚拟场景的目标位置(即用户确定的显示位置)加载。
43.控制节点中的可视化模板工程依据指令加载cad可视化模型路径的cad可视化模型，在基础虚拟场景中确定模型导入位置，并依据模型几何信息及材质信息绘制cad可视化模型三角面片渲染得到cad可视化模型。其中，加载指令中包含cad可视化模型路径及cad模型导入虚拟场景的三维坐标，这个三维坐标是按照可视化模板工程的坐标系配置的。
44.在本发明提供的一个可选实施例中，依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型，包括：
45.s201，接收到模型加载指令，所述模型加载指令中包括所述cad可视化模型的加载位置；
46.s202，基于所述cad可视化模型的加载位置读取cad可视化模型信息，在所述基础
虚拟场景中创建cad可视化模型的网格及对应材质，并渲染显示所述cad可视化模型。
47.其中，cad可视化模型信息包括几何信息、装配信息、位置信息；几何信息包括：顶点、法线、切线、三角面片、顶点颜色、uv、材质信息。
48.在本发明实施例提供的一个具体示例，控制节点cad可视化模型虚拟场景动态加载的具体步骤是(如图3所示)：
49.步骤1.控制节点运行可视化模板工程；
50.步骤2.用户选择cad可视化模型，并在可视化模板工程中确定模型在基础虚拟场景中的加载位置；
51.步骤3.控制节点发送模型加载指令至可视化模板工程，包括目标cad可视化模型信息及其存储位置信息；
52.步骤4.可视化模板工程接收到模型加载指令后开始进行cad可视化模型加载：获取模型几何信息、装配信息、位置信息；其中几何信息包括：顶点、法线、切线、三角面片、顶点颜色、uv、材质信息；
53.步骤5.可视化模板工程基于读取到的cad可视化模型信息，在虚拟场景中动态创建cad可视化模型网格及对应材质；
54.步骤6.可视化模板工程中，在虚拟场景用户指定位置显示cad可视化模型。
55.此处进程通信采用grpc通信机制，但不限于此，实现功能即可。
56.s30，将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染。
57.多通道vr系统，针对cad模型变更，控制节点需将变更模型数据、可视化模板工程统一分发至各渲染节点，各渲染节点启动可视化模板工程自动进行cad模型vr场景动态加载，才能实现快速vr可视化。另外，还需将多通道立体渲染配置文件统一分发至各渲染节点，用于多通道vr系统的正确画面显示，配置文件包括渲染节点属性、屏幕尺寸、屏幕分辨率、投影方式、硬件追踪、网络连接设置等信息。
58.vr系统动态分发的具体步骤是(如图4所示)：
59.步骤1.用户指定分发路径并发送vr系统动态分发指令；
60.步骤2.控制节点将可视化模板工程、cad可视化模型、配置文件发送至各渲染节点的目标路径；
61.步骤3.各渲染节点接收完毕后，将完成信息反馈控制节点；
62.步骤4.控制节点判断是否所有渲染节点均接收成功：如果是，vr系统动态分发过程完成；如果否，为用户提示错误信息，反馈未接收成功的渲染节点信息。
63.此处计算机间通信采用tcp/ip通信机制，但不限于此，实现功能即可。
64.在本实施例中，控制节点将可将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景(可视化模板工程)，依据目标路径动态分发至vr系统的各渲染节点。其中，目标路径即渲染节点存储控制节点发送cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景的路径。
65.各渲染节点依据控制节点指令启动运行可视化模板工程，可视化模板工程启动后，自动加载目标路径的cad可视化模型，获取cad可视化模型的几何信息及材质信息，在基础虚拟场景中根据其对应的投影关系绘制cad可视化模型网格并进行材质渲染。其中，不同
的渲染节点对应有不同的投影关系，即本实施例通过不同投影通道的渲染节点共同完成对同一个cad可视化模型的渲染工作，从而通过本实施例可以提高cad模型vr可视化效率。
66.在本发明提供的一个可选实施例中，渲染节点cad可视化模型vr场景动态加载的具体步骤是(如图5所示)：
67.步骤1.控制节点发送可视化模板工程启动运行指令、模型加载指令至各渲染节点，其中模型加载指令包括目标cad可视化模型信息及其位置信息；
68.步骤2.各渲染节点接收指令后启动运行本机可视化模板工程；
69.步骤3.各渲染节点可视化模板工程按照内部逻辑自动进行cad可视化模型加载：获取模型几何信息、装配信息、位置信息；其中，几何信息包括：顶点、法线、切线、三角面片、顶点颜色、uv、材质信息；
70.步骤4.各渲染节点可视化模板工程基于读取到的cad可视化模型信息，在虚拟场景中动态创建cad可视化模型网格及对应材质；
71.步骤5.各渲染节点可视化模板工程cad可视化模型动态加载完成后，将完成信息反馈控制节点。
72.此处计算机间通信采用tcp/ip通信机制，但不限于此，实现功能即可。
73.s40，当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。
74.vr系统动态同步是各渲染节点完成cad可视化模型动态加载后，接收控制节点动态同步指令，以统一的帧序列进行画面显示，完成多通道vr系统立体显示。vr系统动态同步具体步骤是(如图6所示)：
75.步骤1.控制节点等待所有渲染节点反馈模型加载完成情况；
76.步骤2.当所有渲染节点均反馈模型加载完成后，发布同步显示指令至各渲染节点；
77.步骤3.各渲染节点接收控制节点同步指令后，依据指令要求，以统一的帧序列进行画面显示；用户看到的是多通道显示画面合成的一个大画面(可以理解为每一个通道显示一部分，最终合成了一个完整的场景显示给用户)
78.如果同一帧下每一个通道的画面不同步，就无法组成一个完整的场景。
79.步骤4.多通道vr系统显示虚拟场景cad可视化模型。
80.此处计算机间通信采用tcp/ip通信机制，但不限于此，实现功能即可。
81.本技术实施例提出的一种虚拟现实可视化方法，支持任意cad模型的动态导入、解析及vr场景加载，相比现有技术方案：cad模型进入vr系统可视化的常规方法，本实施例基于可视化模板工程基于cad模型的在线导入，只需要进行cad模型导入解析-cad模型绘制-多通道可视化模板工程及cad可视化模型发布-多通道同步显示，省略了材质编辑、打包发布流程，且灯光计算-阴影烘焙是实时自动计算，减少人工处理时间，提高了可视化效率。
82.本发明实施例提供的一种虚拟现实可视化方法，对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型；将所述cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；确定显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置；将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景
中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染；当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使所述渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。从而通过本发明实现了多通道vr系统任意cad模型的动态导入及快速可视化，提高cad模型vr可视化迭代效率。
83.为验证本发明的可行性，以cave系统为cad模型vr可视化实验平台，对比3种不同大小的cad模型(格式均为catproduct)，使用两种方案进行vr可视化，分别记录其对应的可视化用时。两种可视化方案分别为：
84.方案1：cad模型常规可视化流程：可视化软件中导入模型后，再次进行材质编辑、灯光计算、阴影烘焙等一系列流程，将该可视化模型发布至cave系统；
85.方案2：本技术提案可视化流程，最终在cave系统中显示cad模型。
86.实验结果如表1所示，实验结果表明：相比传统cad模型可视化方法，即原有流程如果需要重新导入cad模型，需要进行cad模型导入解析-cad模型绘制-材质编辑-灯光计算-阴影烘焙-打包发布-多通道可视化工程发布-多通道同步显示这一系列流程，其中灯光计算、阴影烘焙、打包发布尤其耗时，且均为手动。本技术基于可视化模板工程cad模型的在线导入，只需要进行cad模型导入解析-cad模型绘制-多通道可视化模板工程及cad可视化模型发布-多通道同步显示流程，省略了材质编辑、打包发布流程，且灯光计算-阴影烘焙是实时自动计算，减少人工处理时间，可以有效减少cad模型vr可视化时间，提高cad模型vr可视化迭代效率，更适用于工业领域复杂产品数字样机的虚拟仿真评估。
87.表1
88.模型模型大小/mb方案1方案2模型16.53min40s28s模型241.66min15s1min8s模型413215min9s4min4s
89.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
90.在一实施例中，提供一种虚拟现实可视化装置，该虚拟现实可视化装置与上述实施例中虚拟现实可视化方法一一对应。如图7所示，该虚拟现实可视化装置包括：获取模块10、显示模块20、确定模块30、发送模块40、同步渲染模块50。各功能模块详细说明如下：
91.获取模块10，用于对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型；
92.显示模块20，用于将所述cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；
93.确定模块30，用于确定显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置；
94.发送模块40，用于将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染；
95.同步渲染模块50，用于当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使所述渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。
96.在本发明提供的一个可选实施例中，所述显示模块20，具体用于：
97.接收到模型加载指令，所述模型加载指令中包括所述cad可视化模型的加载位置；
98.基于所述cad可视化模型的加载位置读取cad可视化模型信息，在所述基础虚拟场景中创建cad可视化模型的网格及对应材质，并渲染显示所述cad可视化模型。
99.在本发明提供的一个可选实施例中，所述cad可视化模型信息包括几何信息、装配信息、位置信息；几何信息包括：顶点、法线、切线、三角面片、顶点颜色、uv、材质信息。
100.在本发明提供的一个可选实施例中，所述装置还包括处理模块60，处理模块60具体用于：
101.接收所述渲染节点发送的完成信息；
102.判断是否接收到所有渲染节点发送的完成信息；
103.如果是，确定渲染节点的渲染任务完成；
104.如果否，输出错误提示信息，所述错误提示信息包含未接收成功的渲染节点信息。
105.在本发明提供的一个可选实施例中，发送模块40，还用于将多通道立体渲染配置文件统一发送给各个渲染节点，以使各个渲染节点根据所述多通道立体渲染配置文件显示正确的画面，所述多通道立体渲染配置文件至少包括：渲染节点属性、屏幕尺寸、屏幕分辨率、投影方式、硬件追踪、网络连接设置信息。
106.关于虚拟现实可视化装置的具体限定可以参见上文中对于虚拟现实可视化方法的限定，在此不再赘述。上述虚拟现实可视化装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
107.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种虚拟现实可视化方法。
108.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
109.对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型；
110.将所述cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；确定渲染显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置，
111.将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染；
112.当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使所述渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。
113.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
114.对cad模型进行动态导入及解析，获取cad可视化模型；
115.将所述cad可视化模型导入到基础虚拟场景中，并依据所述cad可视化模型的几何信息及材质信息渲染显示所述cad可视化模型；确定渲染显示的cad可视化模型在所述基础虚拟场景中确定的显示位置，
116.将所述cad可视化模型、所述显示位置及基础虚拟场景发送给各个渲染节点；以使所述渲染节点将所述cad可视化模型加载到所述基础虚拟场景中，并根据对应的投影关系对所述cad可视化模型进行渲染；
117.当所有的渲染节点完成所述cad可视化模型的渲染后，向所有的渲染节点发送同步显示指令，以使所述渲染节点按照统一的帧序列显示渲染结果。
118.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
119.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
120.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。