CN113781641B - 应用于工业互联网的设备管理系统及模型构建与显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供应用于工业互联网的设备管理系统及模型构建与显示方法，通过建立低精度立体模型，通过烘培的方式把高精度立体模型中丰富信息输出成一张图，最后把整套贴图赋予低精度立体模型，得到第二低精度立体模型，使得第二低精度立体模型具有高精度立体模型的信息，因此保证了模型显示精度，同时模型面数远低于高精度立体模型，因此程序运行起来流畅，解决了高精度立体模型画面运行不流畅、画面卡顿、程序加载模型慢等问题。

Description

应用于工业互联网的设备管理系统及模型构建与显示方法

技术领域

本发明涉及工业互联网领域，尤其涉及应用于工业互联网的设备管理系统及模型构建与显示方法。

背景技术

数字化工厂是传统制造业转型的大方向和趋势，工业生产流程数字化趋势日益明显，工厂结合数据管理达到数字化管理。要实现数字化工厂就需要对工厂进行建模，为了尽量还原工厂原貌，便于用户查看，提高用户体验度，通常需要对工厂进行高精度的三维建模。高精度三维建模需要建立大量模型来高度还原工厂，但是随着模型面数的增多，会导致三维场景画面运行不流畅、画面卡顿、程序加载模型慢等问题，不但增加了建模成本，还会影响了用户体验。如何能够同时满足高度还原，又能降低高精度模型造成的卡顿是本领域技术人员致力于解决的问题。

发明内容

本发明提供的应用于工业互联网的设备管理系统及模型构建与显示方法，主要解决的技术问题是：如何在保证设备模型显示精度的同时，降低高精度模型造成的画面运行不流畅、画面卡顿、程序加载模型慢的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法，包括：

获取待处理设备的高精度立体模型和低精度立体模型；

对低精度立体模型进行UV展开；

将高精度立体模型烘焙至低精度立体模型，得到第一法线贴图；

基于所述第一法线贴图以及所述低精度立体模型进行贴图制作，得到颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图以及第二法线贴图；

将所述颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图以及第二法线贴图赋予所述低精度立体模型，得到第二低精度立体模型；

导入所述待处理设备的高精度立体模型和所述第二低精度立体模型至设备管理系统中，当接收到用户对该待处理设备的查看详情指令时，调用其高精度立体模型进行显示，在其余情况下，默认调用其第二低精度立体模型进行显示。

可选的，所述获取待处理设备的高精度立体模型和低精度立体模型包括：

获取所述待处理设备的实际长宽高尺寸，建立三维立体模型；

基于所述待处理设备的形状，对其三维立体模型进行预设操作，得到中精度立体模型；所述预设操作包括如下至少之一：点线面切割、焊接、合并、挤压以及布线；

对所述中精度立体模型进行卡线与涡轮平滑处理，得到所述高精度立体模型；选择所述中精度立体模型的局部部分点线面进行删除，得到所述低精度立体模型。

可选的，所述对低精度立体模型进行UV展开包括：

将所述低精度立体模型导入3Dmax软件，通过3Dmax软件打开UWV编辑器，全选所述低精度立体模型的所有面，点击快速展开，输出得到其UV展开图。

可选的，在所述导入所述待处理设备的高精度立体模型和所述第二低精度立体模型至设备管理系统之前，还包括：将所述待处理设备的高精度立体模型和所述第二低精度立体模型导入Unity3D引擎进行渲染编译，将渲染编译后的高精度立体模型和第二低精度立体模型导入至设备管理系统进行模型显示使用。

本发明还提供一种应用于工业互联网的设备管理系统，包括第一模型库、第二模型库以及显示模块，所述第一模型库用于存储设备的高精度立体模型，所述第二模型库用于存储设备的第二低精度立体模型，所述显示模块用于当接收到用户对目标设备的查看详情指令时，调用该目标设备的高精度立体模型进行显示，在其余情况下，默认调用其第二低精度立体模型进行显示；所述高精度立体模型和所述第二低精度立体模型按照如上任一项所述的应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法处理得到。

本发明的有益效果是：

根据本发明提供的应用于工业互联网的设备管理系统及模型构建与显示方法，通过建立低精度立体模型，通过烘培的方式把高精度立体模型中丰富信息输出成一张图，最后把整套贴图赋予低精度立体模型，得到第二低精度立体模型，使得第二低精度立体模型具有高精度立体模型的信息，因此保证了模型显示精度，同时模型面数远低于高精度立体模型，因此程序运行起来流畅，解决了高精度立体模型画面运行不流畅、画面卡顿、程序加载模型慢等问题。

附图说明

图1为本发明实施例一的应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法流程示意图；

图2为本发明实施例一的平滑效果示意图；

图3为本发明实施例一的点线面删除效果示意图；

图4为本发明实施例一的不同精度模型效果示意图；

图5为本发明实施例一的贴图效果示意图；

图6为本发明实施例二的应用于工业互联网的设备管理系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

数字化工厂是传统企业转工业互联网的大趋势之一，它可以使用户从视觉、听觉、操作感多方面多维度达到线上线下数据管理的效果。帮助企业管理者从更多方面去了解自己的企业，管控企业。从而往提高生产效率、实时监控设备运行状态、实时了解生产产品的质量情况，为管理者做决策提供强有力的帮助。为了尽量还原工厂原貌，需要对工厂进行高精度的三维建模，高精度意味着模型的点线面数量的急剧增加，模型的渲染显示对系统硬件性能要求极高，硬件性能升级意味着生产成本的增加，如何在不增加企业生产成本的前提下，高还原度且流畅显示数字化工厂的三维模型，是企业当前急需解决的问题。为此，本实施例提供一种应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法，请参见图1，这里以工厂设备举例说明，主要包括如下步骤：

S101、获取待处理设备的实际长宽高尺寸，建立三维立体模型。

把工厂客观存在的设备，用3Dmax建立三维立体模型。可选的，对设备进行取景拍照，拿到正面、侧面以及顶部照片，尽可能的全方位进行拍照，以获取设备形状。打开3Dmax，用立方体工具，根据设备实际的长宽高尺寸，拖动生成长方体，确保所建立三维模型的精准性。

S102、基于待处理设备的形状，对其三维立体模型进行预设操作，以还原设备的形状，得到中精度立体模型。

本实施例中，预设操作包括如下至少之一：点线面切割、焊接、合并、挤压以及布线。

其中，点线面切割：在3Dmax线模式下，右键模型选择“循环切割”，在模型上单击完成点线面的切割，把一个点变成两个点，或把一条线变成两条线，或把一个面变成两个面。

焊接操作为将两个元素焊在一起，可以是两个点、两条线、两个面。

合并通常指两个模型合并成一个模型。

挤压操作是把一个没有厚度的面，挤压变形出来形成有厚度的立方体。

布线操作无固定标准，大原则是模型由四边形面组成。

S103、对中精度立体模型进行卡线与涡轮平滑处理，得到高精度立体模型。

高精度立体模型与中精度立体模型的区别在于模型是否卡线，高精度立体模型会在结构处卡线(中精度立体模型不会卡线)，以保证模型的关键结构不发生变形。

卡线操作是指在物体的转角处添加一根或多根循环的线条，卡线是为了进行涡轮平滑操作。涡轮平滑是在每一个四边面里创建四个四边面并且将中心点以外的点进行位移，位移的原则是尽量与相连的点(创建之前)均分过度角度从而把物体的尖角变圆润，且关键结构不发生变形，请参见如图2所示。

S104、选择中精度立体模型的局部部分点线面进行删除，得到低精度立体模型。

对中精度立体模型进行拓扑减面，删除局部不必要的点线面，保留设备基本特征，得到低精度立体模型；删除的原则是保证模型的结构不发生大的破坏，删除局部多余的点、线、面，以降低模型的多边形面数量、线数量以及点数量。请参见图3所示，对于一个立方体可删除局部中间的点线面，仅保留立方体8个顶点即可，使得立方体由原来的若干个点、若干条线以及若干个面，减少为8各顶点、12条线和6个面。

应当理解的是，本实施例中，高精度立体模型、中精度立体模型以及低精度立体模型的区别在于构成立体模型的点线面数量的区别，点线面数量最多的，则为高精度立体模型，其可精细表现还原设备的凹凸、纹理细节等信息，因此显示效果更接近于真实效果；而点线面数量最少的即为低精度立体模型，只保留关键的点线面，能体现原设备的基础特征，但是细节大量丢失，优点是在场景中运行加载快，不易卡顿。中间的即为中精度立体模型。

请参见如图4所示的球体模型，右边的球体模型其视觉效果明显更圆，看起来更接近实际球体形状，而左边的球体模型由于模型的点线面数量较少，因此模型存在一定程度的失真，只能体现其基础特征信息。应当理解的是，每个模型都是由三角形或四边形构成，面越多，模型越精细，呈现的细节越多；面数是指多边形的数量。

S105、对低精度立体模型进行UV展开。

将低精度立体模型导入3Dmax软件，通过3Dmax软件打开UWV编辑器，全选低精度立体模型的所有面，点击快速展开，选中需要剪开的线，点击“将边选择转换为接缝”，目的是将网格切成能尽可能铺展平的多个部分，选中各部分已分开的面，进行松驰，输出得到其UV展开图。

应当理解的是，UV贴图是用于轻松包装纹理的3D模型表面的平面表示，创建UV贴图的过程称为UV展开。U和V指的是2D空间的水平轴和垂直轴，类似于3D空间中使用X，Y轴。UV展开的作用是为了后续贴图可以精准地贴合在模型对应位置上，若不展UV，贴图无法准确地贴在模型对应的位置，存在贴图错乱的问题。

S106、将高精度立体模型烘焙至低精度立体模型，得到第一法线贴图。

把高精度立体模型的模型信息烘焙给低精度立体模型，模型信息包括但不限于法线、凹凸、置换等信息。烘培是将把场景中的灯光照在模型上，将模型表面凹凸效果输出得到一张图。例如，有一把椅子模型，模型上有木纹贴图，用灯光把这个模型照亮了，那么所呈现的是“被灯光照亮了的木纹椅子”，其中涉及的元素有3个，分辨是椅子模型，木纹贴图，灯光。而使用烘培之后，这时候同样可以呈现“被灯光照亮了的木纹椅子”，即用户观看效果不会发生变化，但是这时候无需添加灯光，因此元素减少为2个，分辨是椅子模型和“被照亮了的木纹贴图”，从而减少资源的占用。

S107、基于第一法线贴图以及低精度立体模型进行贴图制作，得到颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图以及第二法线贴图。

具体的，打开Substance Painter，载入设备低精度立体模型和第一法线贴图，利用Substance Painter的烘焙功能，得到一套完整的贴图，包括颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图、法线贴图。应当理解的是这里第二法线贴图与第一法线贴图实质相同，第一法线贴图是基于3Dmax将高模信息烘培给低模所得到的，而其他贴图(颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图)是通过Substance Painter处理得到的，Substance Painter无法直接生成法线贴图，为了得到一套完整，故将第一法线贴图导入Substance Painter中，Substance Painter可直接基于第一法线贴图输出第二法线贴图，从而可以直接通过Substance Painter得到一整套完整的贴图。便于步骤S108中对低精度立体模型进行贴图时，直接导入Substance Painter输出的一整套贴图进行贴图操作，无需分别从一个位置导入法线贴图，从另一个位置导入颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图以及ao贴图，提高建模效率。

S108、将颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图以及第二法线贴图赋予低精度立体模型，得到第二低精度立体模型。

将所有贴图赋予低精度立体模型，也即是给低精度立体模型贴上该贴图，请参见图5所示。使低精度立体模型外观看起来和高精度立体模型无差异，但实际上面数则大大降低，占用资源大幅度减少。

S109、导入待处理设备的高精度立体模型和第二低精度立体模型至设备管理系统中，当接收到用户对该待处理设备的查看详情指令时，调用其高精度立体模型进行显示，在其余情况下，默认调用其第二低精度立体模型进行显示。

当管理者需要对整个工厂进行宏观的把控，全面直观地看到工厂设备摆放位置、设备运行状态、各个生产线当前的运行情况，此时系统调用第二低精度立体模型即可，可满足管理者的诉求，低精度立体模型由于面数少的优点，所以加载速度快，占用资源量少。

当管理者需要查看单台设备的详情结构，实时掌握当前设备的零件运行情况时，此时需要高精度立体模型，高度还原物理世界中存在的设备，通过界面功能可对设备进行拆解查看内部结构，有助于观察。

在本发明的其他实施例中，在导入待处理设备的高精度立体模型和第二低精度立体模型至设备管理系统之前，还包括：将待处理设备的高精度立体模型和所述第二低精度立体模型导入Unity3D引擎进行渲染编译，将渲染编译后的高精度立体模型和第二低精度立体模型导入至设备管理系统进行模型显示使用。

为了建立设备模型与实际设备数据的关联响应，需要预先建立各设备模型与实际设备之间的关联关系，设置映射关系表，并导入设备数据，包括但不限于设备名称、编号、型号、设备类别、制造厂商、出厂编号、出厂日期、安装地点、资产状态、资产分类等信息。

工人可通过设备管理系统进行设备报修、维修、开关机，实时把数据上传至数据库。当设备故障，设备模型上会出现红色故障标志，非常直观地提醒管理者该设备出现异常，如亲临工厂般，请及时处理异常。

采用本方案不仅可应用于数字化工厂，还可延展至数字化城市、数字化工地、数字化校园、数字化发电站等数字化平台，可大面积推广使用。

实施例二：

在实施例在上述实施例一的基础上，提供一种应用于工业互联网的设备管理系统，请参见图6，该设备管理系统包括第一模型库61、第二模型库62以及显示模块63，其中第一模型库61用于存储设备的高精度立体模型，第二模型库62用于存储设备的第二低精度立体模型，显示模块63用于当接收到用户对目标设备的查看详情指令时，调用该目标设备的高精度立体模型进行显示，在其余情况下，默认调用其第二低精度立体模型进行显示；其中高精度立体模型和第二低精度立体模型按照上述实施例一中所述的应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法处理得到。具体请参见上述实施例一中的描述，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法，其特征在于，包括：获取待处理设备的高精度立体模型和低精度立体模型；

对所述低精度立体模型进行UV展开；

将高精度立体模型烘焙至第一低精度立体模型，得到第一法线贴图；

基于所述第一法线贴图以及所述第一低精度立体模型进行贴图制作，得到颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图以及第二法线贴图；

将所述颜色贴图、光滑度贴图、金属度贴图、ao贴图以及第二法线贴图赋予所述低精度立体模型，得到第二低精度立体模型；

导入所述待处理设备的高精度立体模型和所述第二低精度立体模型至设备管理系统中，当接收到用户对该待处理设备的查看详情指令时，调用其高精度立体模型进行显示，在其余情况下，默认调用其第二低精度立体模型进行显示。

2.如权利要求1所述的应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法，其特征在于，所述获取待处理设备的高精度立体模型和低精度立体模型包括：获取所述待处理设备的实际长宽高尺寸，建立三维立体模型；

基于所述待处理设备的形状，对其三维立体模型进行预设操作，得到中精度立体模型；

所述预设操作包括如下至少之一：点线面切割、焊接、合并、挤压以及布线；

对所述中精度立体模型进行卡线与涡轮平滑处理，得到所述高精度立体模型；选择所述中精度立体模型的局部部分点线面进行删除，得到所述低精度立体模型。

3.如权利要求1所述的应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法，其特征在于，所述对低精度立体模型进行UV展开包括：将所述低精度立体模型导入3Dmax软件，通过3Dmax软件打开UWV编辑器，全选所述低精度立体模型的所有面，点击快速展开，输出得到其UV展开图。

4.如权利要求1-3任一项所述的应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法，其特征在于，在所述导入所述待处理设备的高精度立体模型和所述第二低精度立体模型至设备管理系统之前，还包括：将所述待处理设备的高精度立体模型和所述第二低精度立体模型导入Unity3D引擎进行渲染编译，将渲染编译后的高精度立体模型和第二低精度立体模型导入至设备管理系统进行模型显示使用。

5.一种应用于工业互联网的设备管理系统，其特征在于，包括第一模型库、第二模型库以及显示模块，所述第一模型库用于存储设备的高精度立体模型，所述第二模型库用于存储设备的第二低精度立体模型，所述显示模块用于当接收到用户对目标设备的查看详情指令时，调用该目标设备的高精度立体模型进行显示，在其余情况下，默认调用其第二低精度立体模型进行显示；所述高精度立体模型和所述第二低精度立体模型按照如权利要求1-4任一项所述的应用于工业互联网的设备模型构建与显示方法处理得到。