CN114913298A - 一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维建模技术领域，公开了一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统，所述三维可视化建模方法包括以下步骤：三维实体采集、构建三维可视化模型、模型校验、模型仿真渲染、构建三维可视化平台。本发明通过对智慧文旅、智慧工业、智慧农业等领域的三维实体采集，在三维可视化模型的构建以及模型校验、模型仿真的渲染下，能够构建虚拟、现实结合的三维可视化平台，其一方面能够对实体环境、景观进行细致的三维建模工作，以便于参观者更为清晰明了的观看三维建模，另一方面通过智能AR/VR与3D投影技术的虚拟投影展示，能够便于参观者体验三维建模的虚拟投影内容，实现全方位、清晰的观看体验感。

Description

一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统

技术领域

本发明涉及三维建模技术领域，具体是一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统。

背景技术

三维建模是利用制图软件建立空间模型的过程，随着时代的发展，传统的单一化三维建模形式愈发满足不了现有技术的需求，因此通过将数字孪生技术与三维建模技术相匹配，能有效的提高三维建模的数据完整性，数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程，其与三维建模的匹配组合，能够最大限度的展示三维数据的完整性，已广泛用于智慧文旅、智慧工业、智慧农业等领域中。

然而现有基于数量孪生技术的三维建模在建模过程中，其大多只能对智慧文旅、智慧工业、智慧农业等进行浮于表面的三维建模工作，使参观者只能进行粗范围的参观、观看，无法有效的对其内部具体细节进行参观展示工作，其一方面对智慧文旅、智慧工业、智慧农业等的三维展示性能较为低下，另一方面又不便于参观者的具体参看工作。因此，本领域技术人员提供了一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，包括以下步骤：

步骤一、三维实体采集

采用无人机设备对实体环境、景观进行拍摄采集，采集内容包括实体环境、景观的远景、近景，采集方式以实体环境、景观的中心为拍摄起点，沿中心起点的四个方向进行远景拍摄采集工作，针对于突出性标志，在远景拍摄完毕后，实行近景拍摄工作；

步骤二、构建三维可视化模型

针对于无人机设备的采集录像，利用虚拟、现实结合高清数字影片技术，三维建模软件，实体环境、景观历史数据库，建立三维可视化模型；

步骤三、模型校验

对比三维可视化模型虚拟数据与无人机设备的采集录像内容，对比内容包括虚拟景象显示比例、虚拟景象显示位置。

步骤四、模型仿真渲染

结合无人机设备的采集录像，采用3D渲染软件对三维模型进行仿真渲染，渲染内容包括远景轻量化渲染、近景重量化渲染。

步骤五、构建三维可视化平台

结合AR/VR虚拟技术、3D投影技术、三维可视化模型，构建虚拟、现实组合形式的三维可视化平台。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中三维实体采集的无人机数量为四组，四组无人机依次对应实体环境、景观的中心起点的东西南北四个方向，四组无人机首先执行远景拍摄采集工作，在执行远景拍摄完毕后，对沿途需进行近景拍摄的景观、环境进行再次细节拍摄采集工作。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中构建三维可视化模型，其高清数字影片技术基于3D投影屏投影展示，三维建模软件基于3DS Max、Maya、Google Sketchup中的一种，实体环境、景观历史数据库基于实体在建数据库图纸、实体在建数据库规划走向。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中模型校验的校验方式分为虚拟景象、现实景象校验对比，虚拟数据比例、现实数据库比例校验对比，其中虚拟景象、现实景象校验对比用于校验实体环境与虚拟环境的匹配性，虚拟数据比例、现实数据库比例校验对比用于校验虚拟三维尺寸比例、距离与数据库比例、距离的匹配。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤四中模型仿真渲染内容包括颜色渲染、建筑特点渲染、近景精细化渲染。

作为本发明再进一步的方案：步骤五中的三维可视化平台，其AR/VR虚拟技术装配于AR/VR眼镜内、3D投影技术装配于3D投影屏中、三维可视化模型装配于终端系统内，参观人员可通过佩戴AR/VR眼镜，与3D投影屏相匹配，实现虚拟、现实三维投影观看。

作为本发明再进一步的方案：所述三维可视化建模系统包括三维采景单元、三维建模单元、模型合成单元、数据上传单元、终端体验单元，其中：

所述三维采景单元用于实体环境、景观的采景工作，采用无人机模块对实体环境、景观进行拍摄采集，采集内容包括实体环境、景观的远景、近景，将拍摄采集的内容通过图像传输模块上传至三维建模单元中的投影显示模块内；

所述三维建模单元用于三维可视化模型的建立，对无人机设备的投影录像，结合三维建模模块内的虚拟、现实结合高清数字影片技术，三维建模软件，实体环境、景观历史数据库，建立三维可视化模型；

所述模型合成单元用于三维可视化模型的优化工作，首先利用模型校验模块对三维可视化模型的虚拟景象显示比例、虚拟景象显示位置与实体环境、景观进行校验比对工作，继而利用渲染模块对三维可视化模型进行远景轻量化渲染、近景重量化渲染；

所述数据上传单元通过模型整合模块将三维可视化模型整合为一体化形式，继而通过模型上传模块将建立、检验、渲染后的三维可视化模型上传至终端体验单元中的终端控制模块内；

所述终端体验单元用于三维可视化模型的虚拟投影显示，终端控制模块将三维可视化模型投影至3D投影模块内，参观人员通过佩戴使用AR/VR设备，对三维可视化模型进行虚拟参观。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对智慧文旅、智慧工业、智慧农业等领域的三维实体采集，在三维可视化模型的构建以及模型校验、模型仿真的渲染下，能够构建虚拟、现实结合的三维可视化平台，其一方面能够对实体环境、景观进行细致的三维建模工作，以便于参观者更为清晰明了的观看三维建模，另一方面通过智能AR/VR与3D投影技术的虚拟投影展示，能够便于参观者体验三维建模的虚拟投影内容，实现全方位、清晰的观看体验感。

附图说明

图1为一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统的结构示意图；

图2为一种基于数字孪生的三维可视化建模方法及系统的系统流程图。

具体实施方式

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，包括以下步骤：

步骤一、三维实体采集

采用无人机设备对实体环境、景观进行拍摄采集，采集内容包括实体环境、景观的远景、近景，采集方式以实体环境、景观的中心为拍摄起点，沿中心起点的四个方向进行远景拍摄采集工作，针对于突出性标志，在远景拍摄完毕后，实行近景拍摄工作；

步骤二、构建三维可视化模型

针对于无人机设备的采集录像，利用虚拟、现实结合高清数字影片技术，三维建模软件，实体环境、景观历史数据库，建立三维可视化模型；

步骤三、模型校验

对比三维可视化模型虚拟数据与无人机设备的采集录像内容，对比内容包括虚拟景象显示比例、虚拟景象显示位置。

步骤四、模型仿真渲染

结合无人机设备的采集录像，采用3D渲染软件对三维模型进行仿真渲染，渲染内容包括远景轻量化渲染、近景重量化渲染。

步骤五、构建三维可视化平台

结合AR/VR虚拟技术、3D投影技术、三维可视化模型，构建虚拟、现实组合形式的三维可视化平台。

步骤一中三维实体采集的无人机数量为四组，四组无人机依次对应实体环境、景观的中心起点的东西南北四个方向，四组无人机首先执行远景拍摄采集工作，在执行远景拍摄完毕后，对沿途需进行近景拍摄的景观、环境进行再次细节拍摄采集工作。

步骤二中构建三维可视化模型，其高清数字影片技术基于3D投影屏投影展示，三维建模软件基于3DS Max、Maya、Google Sketchup中的一种，实体环境、景观历史数据库基于实体在建数据库图纸、实体在建数据库规划走向。

步骤三中模型校验的校验方式分为虚拟景象、现实景象校验对比，虚拟数据比例、现实数据库比例校验对比，其中虚拟景象、现实景象校验对比用于校验实体环境与虚拟环境的匹配性，虚拟数据比例、现实数据库比例校验对比用于校验虚拟三维尺寸比例、距离与数据库比例、距离的匹配。

步骤四中模型仿真渲染内容包括颜色渲染、建筑特点渲染、近景精细化渲染。

步骤五中的三维可视化平台，其AR/VR虚拟技术装配于AR/VR眼镜内、3D投影技术装配于3D投影屏中、三维可视化模型装配于终端系统内，参观人员可通过佩戴AR/VR眼镜，与3D投影屏相匹配，实现虚拟、现实三维投影观看。

三维可视化建模系统包括三维采景单元、三维建模单元、模型合成单元、数据上传单元、终端体验单元，其中：

三维采景单元用于实体环境、景观的采景工作，采用无人机模块对实体环境、景观进行拍摄采集，采集内容包括实体环境、景观的远景、近景，将拍摄采集的内容通过图像传输模块上传至三维建模单元中的投影显示模块内；

三维建模单元用于三维可视化模型的建立，对无人机设备的投影录像，结合三维建模模块内的虚拟、现实结合高清数字影片技术，三维建模软件，实体环境、景观历史数据库，建立三维可视化模型；

模型合成单元用于三维可视化模型的优化工作，首先利用模型校验模块对三维可视化模型的虚拟景象显示比例、虚拟景象显示位置与实体环境、景观进行校验比对工作，继而利用渲染模块对三维可视化模型进行远景轻量化渲染、近景重量化渲染；

数据上传单元通过模型整合模块将三维可视化模型整合为一体化形式，继而通过模型上传模块将建立、检验、渲染后的三维可视化模型上传至终端体验单元中的终端控制模块内；

终端体验单元用于三维可视化模型的虚拟投影显示，终端控制模块将三维可视化模型投影至3D投影模块内，参观人员通过佩戴使用AR/VR设备，对三维可视化模型进行虚拟参观。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、三维实体采集

采用无人机设备对实体环境、景观进行拍摄采集，采集内容包括实体环境、景观的远景、近景，采集方式以实体环境、景观的中心为拍摄起点，沿中心起点的四个方向进行远景拍摄采集工作，针对于突出性标志，在远景拍摄完毕后，实行近景拍摄工作；

步骤二、构建三维可视化模型

针对于无人机设备的采集录像，利用虚拟、现实结合高清数字影片技术，三维建模软件，实体环境、景观历史数据库，建立三维可视化模型；

步骤三、模型校验

对比三维可视化模型虚拟数据与无人机设备的采集录像内容，对比内容包括虚拟景象显示比例、虚拟景象显示位置；

步骤四、模型仿真渲染

结合无人机设备的采集录像，采用3D渲染软件对三维模型进行仿真渲染，渲染内容包括远景轻量化渲染、近景重量化渲染；

步骤五、构建三维可视化平台

结合AR/VR虚拟技术、3D投影技术、三维可视化模型，构建虚拟、现实组合形式的三维可视化平台。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，其特征在于，所述步骤一中三维实体采集的无人机数量为四组，四组无人机依次对应实体环境、景观的中心起点的东西南北四个方向，四组无人机首先执行远景拍摄采集工作，在执行远景拍摄完毕后，对沿途需进行近景拍摄的景观、环境进行再次细节拍摄采集工作。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，其特征在于，所述步骤二中构建三维可视化模型，其高清数字影片技术基于3D投影屏投影展示，三维建模软件基于3DS Max、Maya、Google Sketchup中的一种，实体环境、景观历史数据库基于实体在建数据库图纸、实体在建数据库规划走向。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，其特征在于，所述步骤三中模型校验的校验方式分为虚拟景象、现实景象校验对比，虚拟数据比例、现实数据库比例校验对比，其中虚拟景象、现实景象校验对比用于校验实体环境与虚拟环境的匹配性，虚拟数据比例、现实数据库比例校验对比用于校验虚拟三维尺寸比例、距离与数据库比例、距离的匹配。

5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，其特征在于，所述步骤四中模型仿真渲染内容包括颜色渲染、建筑特点渲染、近景精细化渲染。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的三维可视化建模方法，其特征在于，步骤五中的三维可视化平台，其AR/VR虚拟技术装配于AR/VR眼镜内、3D投影技术装配于3D投影屏中、三维可视化模型装配于终端系统内，参观人员可通过佩戴AR/VR眼镜，与3D投影屏相匹配，实现虚拟、现实三维投影观看。

7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的三维可视化建模系统，其特征在于，所述三维可视化建模系统包括三维采景单元、三维建模单元、模型合成单元、数据上传单元、终端体验单元，其中：

所述三维采景单元用于实体环境、景观的采景工作，采用无人机模块对实体环境、景观进行拍摄采集，采集内容包括实体环境、景观的远景、近景，将拍摄采集的内容通过图像传输模块上传至三维建模单元中的投影显示模块内；

所述三维建模单元用于三维可视化模型的建立，对无人机设备的投影录像，结合三维建模模块内的虚拟、现实结合高清数字影片技术，三维建模软件，实体环境、景观历史数据库，建立三维可视化模型；

所述模型合成单元用于三维可视化模型的优化工作，首先利用模型校验模块对三维可视化模型的虚拟景象显示比例、虚拟景象显示位置与实体环境、景观进行校验比对工作，继而利用渲染模块对三维可视化模型进行远景轻量化渲染、近景重量化渲染；

所述数据上传单元通过模型整合模块将三维可视化模型整合为一体化形式，继而通过模型上传模块将建立、检验、渲染后的三维可视化模型上传至终端体验单元中的终端控制模块内；

所述终端体验单元用于三维可视化模型的虚拟投影显示，终端控制模块将三维可视化模型投影至3D投影模块内，参观人员通过佩戴使用AR/VR设备，对三维可视化模型进行虚拟参观。

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