CN117197298A - 一种3d建模的数字化智能协同设计自动生成系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D建模的数字化智能协同设计自动生成系统及其方法，属于三维建模系统技术领域。该系统包括3D建模和可视化模块、实时协同和共享模块、智能分析和优化模块与沟通和反馈模块。本发明基于双拍卖的动态角色分配算法，通过最大化系统分配效益设计了角色分配矩阵，实现在任务和设备之间的最佳动态分配，提高系统性能，并且解决在物联网系统的动态性和任务复杂性前提下任务分配优化的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能协同设计技术领域，尤其涉及一种3D建模的数字化智能协同设计自动生成系统及其方法
背景技术
数字化智能协同设计及管理系统是一种基于信息技术的创新工具，旨在促进设计与管理的协同合作，提高效率和质量，该系统通过整合各种数字化工具和技术，实现多个设计和管理参与者之间的实时协作、信息共享和决策支持。
目前，协同设计和管理系统在各个行业中得到广泛应用，以提升团队合作效率和产品质量，然而，在传统的协同设计和管理系统中，存在以下问题：
(1)二维表达限制：传统系统使用二维图形或文档来表示设计和管理信息，无法准确、直观地呈现产品的三维模型和相关数据；
(2)信息共享困难：传统系统中，团队成员之间的信息共享依赖于文件传递和手动更新，容易导致数据不一致和信息延迟；
(3)协作效率低下：传统系统中的协作工具有限，无法实现实时交流和即时反馈，导致协同效率低下。
发明内容
发明目的：为解决现有对于3D建模过程中无法实现多用户协作的问题，本发明提供一种基于3D技术的数字化智能协同设计及自动生成系统及其方法。
技术方案：一种3D建模的数字化智能协同设计及自动生成系统，包括以下模块：
3D建模和可视化模块：通过3D模型采集设备扫描以获取模型数据，并通过显示装置实时展示；
实时协同和共享模块：基于至少一个用户采集扫描上传的模型数据建立3D模型数据库，包括产品对应的布局模型和现有模型；
智能分析和优化模块：对3D模型轻量处理，通过减少模型中的多边形数量来减小模型的大小和复杂度，用于提高渲染速度和性能；
沟通和反馈模块：包括协调调用角色权限模块及3D数据交互模块，视频会议及文本交互模块，与产品相关技术人员进行实时互动，在线交互技术需求及指定修改标注，包括在同一个平台上存储技术信息并实时形成技术信息备案。
进一步的，所述3D建模和可视化模块还具体包括：
建模单元：允许用户创建、编辑和修改三维模型，包括产品零部件、装配体和整体模型；
渲染引擎单元：基于模型数据进行整体的整合，并对其进行包括光照、阴影、反射在内的渲染；
动画和虚拟现实单元：根据用户创建产品构构建虚拟动画，包括通过VR设备构建虚拟模型；
实体模型查看单元：包括用户交互界面，用于用户能够查看和操控三维实体模型，查看操作包括旋转、缩放和平移功能；
虚拟现实头显集成单元：将虚拟现实头显与系统集成，以实现沉浸式的三维建模和可视化体验，这使用户能够在虚拟环境中亲身感受产品，并进行交互操作；
导出和分享单元：允许用户将三维模型和可视化内容导出为不同的文件格式，使与团队成员、客户或供应商共享。
进一步的，所述实时协同和共享模块具体还包括：
管理和权限控制单元：管理系统中的用户，分配不同的权限和角色，以确保只有授权用户能够访问和编辑特定的项目或模型；
版本控制单元：跟踪模型的版本历史，允许用户查看先前的更改并还原到以前的状态；
注释和讨论单元：允许用户在三维模型上添加注释、标签或评论，使进行讨论和反馈：
存储单元：将三维模型和相关文件存储在云端，用于远程团队协作；
协同查看单元：允许一个及以上的用户同时查看三维模型，但只有一个用户可以编辑，其他用户可以跟随编辑者的视角，以理解设计和提供反馈。
进一步的，所述智能分析和优化模块具体包括：
数据收集与预处理单元：包括基于现有的模型库获取模型参数，所述的预处理单元用于对数据进行清洗、去噪声、处理缺失值；
数据存储和管理单元：将处理后的数据存储在适当的数据仓库或数据库中，以供后续分析使用；
数据分析单元：用户选择数据库内的设计师风格化模型，在交互界面赋予几何尺寸、材质，通过生成器得到模拟物数据，再通过鉴别器与实际物体数据比对，得到满足用户需求的符合设计师风格的实物效果；
决策支持单元：创建交互式仪表盘和可视化工具，用于3D模型编辑操作过程中的参数展示及实时预览。
进一步的，所述沟通和反馈模块具体包括：
信息交互单元：基于Unity交互模块实现与用户的可视化交互，交互的方式包括实时的文字聊天和消息传递；
协同标注单元：用于用户在三维模型上进行标注、批注和注释；
版本控制单元：跟踪和管理项目中的不同版本和修订；
权限和访问控制单元：管理用户对系统中信息和功能的访问权限，包括对可编辑操作人员的权限设定；
导出和共享单元：允许用户将沟通和反馈内容导出为文档、报告或共享链接。
一种3D建模的数字化智能协同设计及自动生成方法，包括如下步骤：
S1、用户进行3D模型数据采集，构建本地化3D模型数据库；
S2、3D模型数据预处理，包括基于现有的模型库获取模型参数，所述的预处理单元用于对数据进行清洗、去噪声、处理缺失值；还包括光影渲染和材质着色，并上传至云端模型库；
S3、基于AI自动减面算法实现3D模型轻量化处理；
S4、构建Unity前台交互，用于实现一个以上用于基于云端模型库内模型的协同处理。
进一步的，该方法所述的AI自动减面算法是指将上传至云端模型库的3D模型相关的两个点缩成一个点，是基于二次度量误差的三角形减面算法，通过迭代实现模型的简化。
更进一步的，所述的二次度量误差的三角形减面算法包括如下计算：
选取3D模型的任意三点进行构建三角形，三角形的顶点为塌缩点；
假设Pi,Pj为边塌缩前的端点，Px为塌缩后的点坐标，Px到Pi,Pj各邻面Ps的距离平方和最小；
对于Px的计算是通过下式实现的：
式中，求解Ex的最小值即可得到Px坐标。
有益效果：与现有技术相比，本发明显著的效果和实质性的进步包括：
提高协同性：这种系统可以促进团队成员之间更好的协作，不论他们位于何处，实时聊天、协同标注和讨论区等功能使成员能够更容易地交流和共享见解，从而改善了协同性；
减少误解：通过3D模型的可视化，团队成员能够更清晰地理解设计和工程概念，减少了因沟通不畅导致的误解和错误；
提高效率：版本控制、权限管理和通知系统等功能可以减少混淆和重复工作，提高了项目的执行效率；
改善决策：团队成员可以更容易地提供反馈和建议，这有助于改善设计和制定更明智的决策；
降低成本：通过更好的协同工作和及时的反馈，可以减少项目的错误和修正成本，从而节省时间和资源；
提高可视性：系统提供了对项目进展和状态的实时可视性，项目经理和利益相关者可以更容易地跟踪进度，并做出必要的调整。
附图说明
图1为本发明实现的流程示意图；
图2是本发明所述系统的协同架构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1和图2，一种3D建模的数字化智能协同设计自动生成系，包括：
3D建模和可视化模块：通过使用先进的3D建模技术，实现产品设计和管理的三维可视化，提供更直观、精确的产品展示；
实时协同和共享模块：提供实时协同编辑和共享功能，团队成员可以同时在同一模型上进行编辑和标注，实时更新和同步数据；
智能分析和优化模块：利用智能算法和数据分析技术，对产品设计和管理数据进行分析和优化，提供性能评估、仿真和优化建议等功能；
沟通和反馈模块：提供实时沟通和反馈渠道，包括实时聊天、讨论区和注释工具，方便团队成员之间进行交流和反馈。
参照图1，3D建模和可视化模块由以下单元构成：
建模单元：允许用户创建、编辑和修改三维模型，包括产品零部件、装配体和整体产品，这些工具提供各种建模功能，使用户能够精确地设计产品的形状和结构；
渲染引擎单元：将三维模型转换为高质量的视觉呈现，使用户能够观察产品的外观和材质，渲染引擎考虑光照、阴影、反射等因素，以产生逼真的视觉效果；
动画和虚拟现实单元：允许用户创建产品的动画或虚拟现实体验，这可用于模拟产品的运动、操作过程或在虚拟环境中检查产品的性能和可用性；
实体模型查看单元：提供一个用户交互界面，使用户能够查看和操控三维实体模型，这包括旋转、缩放和平移功能，使用户可以自由地查看产品的不同部分；
虚拟现实头显集成单元：将虚拟现实头显与系统集成，以实现沉浸式的三维建模和可视化体验，这使用户能够在虚拟环境中亲身感受产品，并进行交互操作；
导出和分享单元：允许用户将三维模型和可视化内容导出为不同的文件格式，使与团队成员、客户或供应商共享。
参照图1，实时协同和共享模块由以下单元构成：
管理和权限控制单元：管理系统中的用户，分配不同的权限和角色，以确保只有授权用户能够访问和编辑特定的项目或模型；
版本控制单元：跟踪模型的版本历史，允许用户查看先前的更改并还原到以前的状态；
注释和讨论单元：允许用户在三维模型上添加注释、标签或评论，使进行讨论和反馈：
存储单元：将三维模型和相关文件存储在云端，使团队成员可以随时访问并共享，这消除了地理位置的限制，允许远程团队协作；
协同查看单元：允许多个用户同时查看三维模型，但只有一个用户可以编辑，其他用户可以跟随编辑者的视角，以理解设计和提供反馈。
参照图1，智能分析和优化模块由以下单元构成：
数据收集与预处理单元：负责从各种数据源收集数据，对收集的数据进行清洗、去噪声、处理缺失值等操作，以确保数据质量；
数据存储和管理单元：将处理后的数据存储在适当的数据仓库或数据库中，以供后续分析使用；
数据分析单元：通过统计分析、可视化等方法探索数据的特征、趋势和异常；
决策支持单元：创建交互式仪表盘和可视化工具，帮助用户理解数据和做出决策，使用数据分析结果来进行预测，为决策提供有力支持。
参照图1，沟通和反馈模块由以下单元构成：
信息交互单元：允许团队成员之间进行实时的文字聊天和消息传递；
协同标注单元：允许用户在三维模型上进行标注、批注和注释，以便清晰地传达设计变更、问题和建议；
版本控制单元：跟踪和管理项目中的不同版本和修订，以确保团队成员都使用最新的设计和数据；
权限和访问控制单元：管理用户对系统中信息和功能的访问权限，确保只有授权人员可以进行特定的操作；
导出和共享单元：允许用户将沟通和反馈内容导出为文档、报告或共享链接。
本发明的具体工作原理如下：
系统首先提供一个中心化的平台，团队成员可以通过互联网访问，这个平台以三维虚拟环境为基础，允许用户加载、查看和编辑三维设计模型、CAD图纸或其他相关数据，在这个环境中，团队成员可以实时协同工作，他们可以在三维模型上进行标注、批注和注释，以便清晰传达设计变更、问题和建议，这些标注和注释是可见的，所以整个团队都能看到，并能够立即回应和做出相应调整，此外，系统具备讨论区、消息系统和论坛等沟通工具，团队成员可以在这些工具中进行实时聊天、留言和讨论，这有助于即时交流、解决问题以及分享意见和见解，系统还包括版本控制功能，以跟踪和管理项目中的不同版本和修订，这有助于确保团队成员都在使用最新的设计和数据，避免版本冲突和数据丢失，权限和访问控制是另一个关键要素，确保只有授权人员可以进行特定的操作，从而保护敏感数据和信息安全，通知和提醒系统用于向团队成员发送通知和提醒，包括新消息、变更请求、截止日期和待办事项等，以确保任务和问题得到及时处理，最后，反馈和评估工具允许团队成员为设计提供反馈、评估和建议，以便不断改进设计，促进协同决策。
以上所述，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 (8)
1.一种3D建模的数字化智能协同设计自动生成系统，其特征在于，包括以下模块：
3D建模和可视化模块：通过3D模型采集设备扫描以获取模型数据，并通过显示装置实时展示；
实时协同和共享模块：基于至少一个用户采集扫描上传的模型数据建立3D模型数据库，包括产品对应的布局模型和现有模型；
智能分析和优化模块：对3D模型轻量处理，通过减少模型中的多边形数量来减小模型的大小和复杂度，用于提高渲染速度和性能；
沟通和反馈模块：包括协调调用角色权限模块及3D数据交互模块，视频会议及文本交互模块，与产品相关技术人员进行实时互动，在线交互技术需求及指定修改标注，包括在同一个平台上存储技术信息并实时形成技术信息备案。
2.根据权利要求1所述的3D建模的数字化智能协同设计自动生成系，其特征在于，所述3D建模和可视化模块还具体包括：
建模单元：允许用户创建、编辑和修改三维模型，包括产品零部件、装配体和整体模型；
渲染引擎单元：基于模型数据进行整体的整合，并对其进行包括光照、阴影、反射在内的渲染；
动画和虚拟现实单元：根据用户创建产品构构建虚拟动画，包括通过VR设备构建虚拟模型；
实体模型查看单元：包括用户交互界面，用于用户能够查看和操控三维实体模型，查看操作包括旋转、缩放和平移功能；
虚拟现实头显集成单元：将虚拟现实头显与系统集成，以实现沉浸式的三维建模和可视化体验，这使用户能够在虚拟环境中亲身感受产品，并进行交互操作；
导出和分享单元：允许用户将三维模型和可视化内容导出为不同的文件格式，使与团队成员、客户或供应商共享。
3.根据权利要求1所述的3D建模的数字化智能协同设计自动生成系，其特征在于，所述实时协同和共享模块具体还包括：
管理和权限控制单元：管理系统中的用户，分配不同的权限和角色，以确保只有授权用户能够访问和编辑特定的项目或模型；
版本控制单元：跟踪模型的版本历史，允许用户查看先前的更改并还原到以前的状态；
注释和讨论单元：允许用户在三维模型上添加注释、标签或评论，使进行讨论和反馈：
存储单元：将三维模型和相关文件存储在云端，用于远程团队协作；
协同查看单元：允许一个及以上的用户同时查看三维模型，但只有一个用户可以编辑，其他用户可以跟随编辑者的视角，以理解设计和提供反馈。
4.根据权利要求1所述的3D建模的数字化智能协同设计自动生成系，其特征在于，所述智能分析和优化模块具体包括：
数据收集与预处理单元：包括基于现有的模型库获取模型参数，所述的预处理单元用于对数据进行清洗、去噪声、处理缺失值；
数据存储和管理单元：将处理后的数据存储在适当的数据仓库或数据库中，以供后续分析使用；
数据分析单元：用户选择数据库内的设计师风格化模型，在交互界面赋予几何尺寸、材质，通过生成器得到模拟物数据，再通过鉴别器与实际物体数据比对，得到满足用户需求的符合设计师风格的实物效果；
决策支持单元：创建交互式仪表盘和可视化工具，用于3D模型编辑操作过程中的参数展示及实时预览。
5.根据权利要求1所述的3D建模的数字化智能协同设计自动生成系，其特征在于，所述沟通和反馈模块具体包括：
信息交互单元：基于Unity交互模块实现与用户的可视化交互，交互的方式包括实时的文字聊天和消息传递；
协同标注单元：用于用户在三维模型上进行标注、批注和注释；
版本控制单元：跟踪和管理项目中的不同版本和修订；
权限和访问控制单元：管理用户对系统中信息和功能的访问权限，包括对可编辑操作人员的权限设定；
导出和共享单元：允许用户将沟通和反馈内容导出为文档、报告或共享链接。
6.一种3D建模的数字化智能协同设计自动生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、用户进行3D模型数据采集，构建本地化3D模型数据库；
S2、3D模型数据预处理，包括基于现有的模型库获取模型参数，所述的预处理单元用于对数据进行清洗、去噪声、处理缺失值；还包括光影渲染和材质着色，并上传至云端模型库；
S3、基于AI自动减面算法实现3D模型轻量化处理；
S4、构建Unity前台交互，用于实现一个以上用于基于云端模型库内模型的协同处理。
7.根据权利要求6所述的3D建模的数字化智能协同设计自动生成方法，其特征在于，该方法所述的AI自动减面算法是指将上传至云端模型库的3D模型相关的两个点缩成一个点，是基于二次度量误差的三角形减面算法，通过迭代实现模型的简化。
8.根据权利要求7所述的3D建模的数字化智能协同设计自动生成方法，其特征在于：所述的二次度量误差的三角形减面算法包括如下计算：
选取3D模型的任意三点进行构建三角形，三角形的顶点为塌缩点；
假设Pi,Pj为边塌缩前的端点，Px为塌缩后的点坐标，Px到Pi,Pj各邻面Ps的距离平方和最小；
对于Px的计算是通过下式实现的：
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117556520A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-02-13 | 南京瑞永城市更新研究院有限公司 | 一种既有住宅加装电梯的vr协同处理系统 |
| CN117710534A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-15 | 昆明理工大学 | 基于改进教与学优化算法的动画协同制作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20231208 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |