CN111275814B - 一种面向webgl应用的三维模型轻量化方法 - Google Patents

一种面向webgl应用的三维模型轻量化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向WEBGL应用的三维模型轻量化方法，本发明包括如下步骤：将所述三维模型转存为OBJ格式，获得OBJ文件和MTL材质文件；将所述OBJ文件信息和MTL材质文件信息按零件进行分解；将分解后的OBJ文件和相对应的MTL材质文件进行匹配，获得每个细分零件模型；将OBJ文件和MTL材质文件按既定规则进行重命名和关联；将每个细分零件模型采用Draco压缩。本发明通过将装配体生成的OBJ文件按零件进行分解，在网页端采用并行加载的方式，方便了网页读取加载，在网页加载速度上和模型加载速度上均存在明显的改进，提高了模型加载的顺畅性，优化了用户的使用体验。

Description

一种面向WEBGL应用的三维模型轻量化方法
技术领域
本发明涉及三维轻量化展示技术领域，具体地说是一种面向WEBGL应用的三维模型轻量化方法。
背景技术
随着WEBGL技术标准被广泛接受和推广应用，目前出现了许多基于WEBGL的开源三维引擎，如three js、scene js等，其中基于three js的应用开发尤为广泛，一方面由于其开发过程便捷，另一方面是其支持主流的三维模型中间格式，如stl、obj、3ds、fbx、drc等。使用three js可以快速搭建WEB端模型浏览应用，在此过程中，对于一般文件容量较小的三维模型，浏览器加载渲染的速度及体验感在可接受范围内，而对于较大的装配模型，加载渲染性能极差，甚至由于计算能力和内存限制等方面的影响造成WEB端崩溃，难以满足实际的可视化需求，因此，在对大模型的处理上需对模型的数据组织和加载方式须做出优化策略，即使用三维模型轻量化技术对模型进行深度处理。
另外，目前模型来源方面，使用机械行业主流的设计工具如Solidworks、Pro/E、UG等建模工具设计的三维模型，其数据文件容量一般比较大，装配体甚至达到几百MB或几GB的存储空间，随着模型复杂度增加，数据文件的容量更是成倍增长，给三维模型的WEB端加载、渲染及可视化带来极大的困难。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供一种面向WEBGL应用的三维模型轻量化方法，改善模型由于数据量过大导致WEB端加载过慢及运行卡顿问题。
本发明所采用技术方案是：
一种面向WEBGL应用的三维模型轻量化方法，包括如下步骤：
S1、创建三维模型；
S2、将所述三维模型转存为OBJ格式，获得OBJ文件和MTL材质文件；
S3、将所述OBJ文件信息和MTL材质文件信息按零件进行分解；
S4、将分解后的OBJ文件和相对应的MTL材质文件进行匹配，获得每个细分零件模型；
S5、将OBJ文件和MTL材质文件按既定规则进行重命名和关联；
S6、将每个细分零件模型采用Draco压缩；
S7、Web端采用并行加载的方式，对所有细分模型及相应材质进行渲染加载。
具体的，本发明的步骤S1中，用于创建三维模型的软件包括Solidworks、Solidedge、CATIA、Pro/E和UG中的其中一种或几种组合。
作为进一步的优化，本发明在步骤S2中，所述将三维模型转存为OBJ格式的步骤包括：
将三维模型在当前创建软件下保存为零件格式的模型文件；
将所保存的零件格式的模型文件通过OBJ转存软件打开，然后导出为OBJ格式文件，三维模型的材质信息保存于MTL格式文件中。
作为进一步的优化，本发明将所保存的零件格式的模型文件通过3D MAX软件打开后，将模型调整至原点坐标处。
具体的，本发明的步骤S3中，将所述OBJ文件信息按零件进行分解的步骤包括：
检索每个零件的最后一个面的信息，获取该面的行号，并定义该行号为第一行号；
检索每个零件的第一个顶点的信息，并获取该顶点的行号，并且定义该行号为第二行号；
第一行号与第二行号之间即为相对应的零件的所有模型信息，从这些模型信息中获取该零件的顶点信息、纹理坐标信息、顶点法向量信息和面信息；
计算当前零件之前存在的累计顶点索引数、累计纹理坐标索引数和累计顶点法向量索引数，更新当前零件的面的表达式；
将上述获取的顶点信息、纹理坐标信息、法向量信息和计算后的面信息和所采用材质信息存入到新建的细分零件的OBJ文件中。
作为进一步的优化，本发明在步骤S4中，将OBJ文件和MTL材质文件按既定规则进行重命名和关联的步骤包括：
若每个零件的OBJ文件信息中存在该零件的名称，则提取该零件的名称作为新建的细分零件的OBJ文件名称；
若每个零件的OBJ文件信息中不存在该零件的名称，则提取该零件引用的材质信息和分隔顺序信息作为新建的细分零件的OBJ文件名称；
作为进一步的优化，本发明在步骤S3中，将所述MTL材质文件的分割和重命名步骤包括：
将生成的MTL材质文件中信息以“newmtl”作为分隔符提取每个零件的材质信息，并转存至新建的MTL材质文件中，并以相对应零件的名称重命名新建的MTL材质文件。
本发明还提供一种WEB应用，所述应用包括上述中任何一项所述三维模型轻量化方法。
本发明具有以下优点：
1、本发明通过将装配体生成的OBJ文件按零件进行分解，在网页端采用并行加载的方式，方便了网页读取加载，在网页加载速度上和模型加载速度上均存在明显的改进，提高了模型加载的顺畅性，优化了用户的使用体验；
2、本发明采用draco进行压缩，既能够将模型容量显著缩小，能够促进网页段的加载速度，还可以保留视觉保真度，进一步促进用户的观感体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为本发明的流程示意图；
图2为本实施例一具体实施例的流程示意图；
图3为对比例加载时的状态示意图；
图4为实施例加载时的状态示意图；
图5为对比例和实施例在加载时间上对比分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
需要理解的是，在本发明实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本发明实施例中的“多个”，是指两个或两个以上。
本发明实施例中的属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
如图1所示，本发明提供一种面向WEBGL应用的三维模型轻量化方法的实施例，包括如下步骤：
S1、创建三维模型；
S2、将所述三维模型转存为OBJ格式，获得OBJ文件和MTL材质文件；
S3、将所述OBJ文件信息和MTL材质文件信息按零件进行分解；
S4、将分解后的OBJ文件和相对应的MTL材质文件进行匹配，获得每个细分零件模型；
S5、将OBJ文件和MTL材质文件按既定规则进行重命名和关联；
S6、将每个细分零件模型采用Draco压缩；
该方法适用于各种三维软件创建的三维模型，比如Solidworks、Solidedge、CATIA、Pro/E和UG等软件，以及以上单种软件使用或组合使用创建的三维模型。
下面以Solidworks软件创造的三维模型进行举例说明，为了说明本发明提供的模型清凉化方法的有益效果，以下通过零件分解的实施例和零件不分解的对比例进行具体阐明：
实施例，如图2所示：
S1、使用Solidworks软件创建零件，并通过上述零件创建装配体模型；
S2、将上述创建的装配体保存为零件格式模型，Solidworks默认装配体格式文件为.asm文件，零件格式文件为.prt文件，将装配体保存为零件格式可以使子零件的拉伸、旋转等特征信息过滤掉；
S3、将上述零件格式模型用OBJ转存软件打开，如3DMax、MAYA，并在场景中调整模型到原点坐标位置，模型在导入到3D Max软件中时，模型会偏离原点坐标较远的距离，其生成的数据也较大，因此为了便于后期模型处理，将模型移动至原点坐标位置，可以以模型上的特征点对齐到原点位置，也可以让模型整体居中，不必找特征点对齐原点。然后通过3DMax软件将模型导出为obj格式文件，根据所要显示的效果选择合适的模型精度，不保留面法线信息；
S4、分析上述OBJ格式文件的组成，OBJ格式文件中，特征均由相应符号表示：顶点标志：v(vx vy vz)、纹理坐标标志：vt(vtx vty vtz)、顶点法向量标志：vn(vnx vny vnz)、面标志：f(v1/vt1/vn1 v2/vt2/vn2 v3/vt3/vn3)(f顶点索引/纹理坐标索引/顶点法向量索引)；
S5、自动检索每个零件的最后一个f标志的面，获取该面的行号，并定义该行号为第一行号；
S6、自动检索每个零件的第一个v标志的顶点，获取该顶点的行号，并定义该行号为第二行号，第一行号与第二行号之间(包括第一行号与第二行号)为当前零件的所有信息；
S7、在第一行号与第二行号之间获取零件的特征信息，零件的特征信息包括顶点信息和顶点数量、纹理坐标信息与纹理坐标数量、面信息与面的数量，按分割逻辑先划分出每个零件的顶点、顶点法向量、纹理、面等信息，在S4中面的表达式可得，面的表达式均为特征信息的索引，顶点索引引用相应顶点的行号，纹理坐标索引引用相应纹理坐标的行号，顶点法向量索引引用相应顶点法向量的行号，通过引用相应行号读取相应特征信息，随着拆分每个零件的信息，相应引用的特征信息的行号也需要重新计算：计算当前零件所在行之前存在的累计顶点索引数、累计纹理坐标索引数、累计顶点法向量索引数，分别记为vIndex、vtIndex、vnIndex，将面f(v1/vt1/vn1 v2/vt2/vn2 v3/vt3/vn3)重新计算面为f((v1-vIndex)/(vt1-vtIndex)/(vn1-vnIndex)(v2-vIndex)/(vt2-vtIndex)/(vn2-vnIndex)(v3-vIndex)/(vt3-vtIndex)/(vn3-vnIndex))，将上述获取的顶点信息、顶点法向量信息、纹理坐标信息以及计算后的面的信息与采用的材质信息存入新建的obj文件中，此处面所采用的材质信息是对MTL材质文件的引用信息；
S8、通过上述步骤会创建出若干与每个零件一一对应的OBJ文件，对每个新创建的OBJ文件进行重命名，命名规则为：判断每个零件之间的特征信息是否存在“#object”、“#o”、“o”，如存在，从该行中提取零件名称作为obj名字，如不存在，获取“usemtl”检索该零件所使用的材质名称，并将零件名重新命名为材质名称+“_”+该零件的分隔顺序；
S9、模型材质分割：将mtl格式文件以“newmtl”作为分割符进行划分；
S10、材质重命名：将分割后的零件与分隔后的材质进行匹配，并把对应分割后的材质重新命名为零件名称；
S11、将分解后的obj文件进行draco压缩：通过调用cmd.exe实现向cmd窗口发送数据；具体为"cd draco-bulid"，进入压缩exe文件目录，执行"draco_encoder.exe-i"+strFileName+"-o"+strFileName.Replace(".obj",".drc")，其中strFileName字段为全路径文件名。Draco是一个压缩和解压缩三维几何网格和点云的库，它旨在改善三维图形的存储和传输。该压缩方法支持压缩点、连接信息、纹理坐标、颜色信息、法线和任何其他与几何相关的通用属性。使用Draco，使用3D图形的应用程序可以在不影响视觉保真度的情况下显著缩小。对于用户来说，这意味着现在可以更快地下载应用程序，浏览器中的3D图形加载速度更快。
S13、通过three js加载模型进行对比分析。
对比例
S1、将装配体文件格式转换为obj格式文件。由于solidworks直接保存obj文件需要先将文件保存为stl格式，然后以网格形式打开文件后再存为obj文件，存储的模型文件为单一的零件，无装配体子零件数据。
S2、将分割的零件与原材质名字进行匹配；
S3、通过three js加载模型进行对比分析。
将实施例与对比例进行在加载时间上进行对比，如图3-5所示可得，实施例与对比例相比，实施例的网页加载时间不到对比例的网页加载时间的1/3，实施例的模型加载时间不到实施例的模型加载时间的1/10，在WEB端加载展示三维模型时具有快速流畅的加载效果，提高了用户体验。
本发明还提供一种WEB应用，所述应用包括上述中任何一项所述三维模型轻量化方法。通过采用上述模型轻量化方法，能够WEB端能够快速加载读取模型信息，加快模型展示速度，优化用户使用体验。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种面向WEBGL应用的三维模型轻量化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、创建三维模型；
S2、将所述三维模型转存为OBJ格式，获得OBJ文件和MTL材质文件；
S3、将所述OBJ文件信息和MTL材质文件信息按零件进行分解；
将所述OBJ文件信息按零件进行分解的步骤包括：
检索每个零件的最后一个面的信息，获取该面的行号，并定义该行号为第一行号；
检索每个零件的第一个顶点的信息，并获取该顶点的行号，并且定义该行号为第二行号；
第一行号与第二行号之间即为相对应的零件的所有模型信息，从这些模型信息中获取该零件的顶点信息、纹理坐标信息、顶点法向量信息和面信息；
计算当前零件之前存在的累计顶点索引数、累计纹理坐标索引数和累计顶点法向量索引数，更新当前零件的面的表达式；
将上述获取的顶点信息、纹理坐标信息、法向量信息和计算后的面信息和所采用材质信息存入到新建的细分零件的OBJ文件中；
将所述MTL材质文件的分割和重命名步骤包括：
将生成的MTL材质文件中信息以“newmtl”作为分隔符提取每个零件的材质信息，并转存至新建的MTL材质文件中，并以相对应零件的名称重命名新建的MTL材质文件；
S4、将分解后的OBJ文件和相对应的MTL材质文件进行匹配，获得每个细分零件模型；
S5、将OBJ文件和MTL材质文件按既定规则进行重命名和关联；
在步骤S5中，将OBJ文件和MTL材质文件按既定规则进行重命名和关联的步骤包括：
若每个零件的OBJ文件信息中存在该零件的名称，则提取该零件的名称作为新建的细分零件的OBJ文件名称；
若每个零件的OBJ文件信息中不存在该零件的名称，则提取该零件引用的材质信息和分隔顺序信息作为新建的细分零件的OBJ文件名称；
S6、将每个细分零件模型采用Draco压缩；
S7、Web端采用并行加载的方式，对所有细分模型及相应材质进行渲染加载。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中，用于创建三维模型的软件包括Solidworks、Solidedge、CATIA、Pro/E和UG中的其中一种或几种组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤S2中，所述将三维模型转存为OBJ格式的步骤包括：
将三维模型在当前创建软件下保存为零件格式的模型文件；
将所保存的零件格式的模型文件通过OBJ转存软件打开，然后导出为OBJ格式文件，三维模型的材质信息保存于MTL格式文件中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：将所保存的零件格式的模型文件通过3DMAX软件打开后，将模型调整至原点坐标处。
5.一种WEB应用，其特征在于：所述应用包括权利要求1-4中任何一项所述三维模型轻量化方法。
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