CN117876585A - 基于cad图元的数字孪生三维场景快速生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例公开了一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法及装置。该方法涉及数字孪生技术，具体包括：从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和三维场景模型的原点坐标；若基于目标图元模型对应的位置坐标检测到目标图元模型的基点未处于预设范围之内，则在目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出目标图元模型的目标特征点；基于目标特征点构建出目标图元模型对应的预设包围体，并基于预设包围体对目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于预设范围之内；基于更新后的基点构建出CAD图纸对应的调整后的三维场景模型。该方法可以提高三维场景构建的效率和准确性。

Description

基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法及装置

技术领域

本申请涉及数字孪生领域，具体涉及一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法及装置。

背景技术

计算机辅助图形设计(CAD-Computer Aided Design，CAD)是一种利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。

当前利用CAD进行三维场景搭建过程中，需要对大量的诸如摄像头、传感器、阀门、桌椅等设备进行添加摆放。其数据来源往往是以现场实际的CAD图纸或者现场拍摄的照片作为参考。在摆放过程中，需要建模人员根据数据来源手动添加设备至场景内，过程费时费力且准确度不高。

因此，如何提高CAD图纸的三维场景生成效率是亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法、装置、设备以及计算机可读存储介质。

其中，本申请所采用的技术方案为：

一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法，该方法包括：

从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和所述三维场景模型的原点坐标；

若基于所述目标图元模型对应的位置坐标检测到所述目标图元模型的基点未处于所述目标图元模型对应的预设范围之内，则在所述目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出所述目标图元模型的目标特征点；

基于所述目标特征点构建出所述目标图元模型对应的预设包围体，并基于所述预设包围体对所述目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于所述预设范围之内；

基于所述更新后的基点构建出所述CAD图纸对应的调整后的三维场景模型。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，对所述目标图元模型的边缘进行拟合处理，得到拟合后的边缘；基于所述拟合后的边缘，在指定坐标轴方向上选择出多个特征点；在所述每个坐标轴方向上从所述多个特征点中选择出目标特征点。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，获取所述多个特征点在指定坐标轴方向上的坐标值，所述指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴；将所述多个特征点按照在所述指定坐标轴方向上坐标值的大小进行排序；基于所述排序后的多个特征点，计算出每相邻的两个特征点之间的坐标差值；将与前一个特征点之间的坐标差值最大的特征点作为所述目标特征点。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，获取所述多个特征点在指定坐标轴方向上的坐标值，得到多个坐标值；其中，所述指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴；将在指定坐标轴方向上具有最大值的特征点作为目标特征点。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，所述目标特征点的数量为多个；基于多个目标特征点构建出所述预设包围体，以使所述预设包围体将所述目标图元模型进行包围；计算出所述预设包围体所对应的几何中心的坐标值；将所述目标图元模型的基点更新为所述几何中心的坐标值，以使更新后的基点位于所述预设范围之内。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，获取对所述目标图元模型设置的高度信息，所述高度信息用于表征所述目标图元模型在所述三维场景模型中的高度；基于所述目标图元模型对应的位置坐标和所述高度信息确定出所述目标图元模型对应的预设范围；检测所述目标图元模型对应的基点坐标是否位于所述预设范围之内。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，检测所述CAD图纸与所述三维场景的原点坐标之间的偏移量；基于所述偏移量对所述CAD图纸中包含的目标图元进行位置校准，得到校正后的CAD图纸；基于预设图元列表将所述校正后的CAD图纸中包含目标图元映射到为所述目标图元模型，得到所述三维场景模型。

一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成装置，该装置包括：

获取单元，用于从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和所述三维场景模型的原点坐标；

处理单元，用于若基于所述目标图元模型对应的位置坐标检测到所述目标图元模型的基点未处于所述目标图元模型对应的预设范围之内，则在所述目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出所述目标图元模型的目标特征点；

构建单元，用于基于所述目标特征点构建出所述目标图元模型对应的预设包围体，并基于所述预设包围体对所述目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于所述预设范围之内；

所述构建单元，还用于基于所述更新后的基点构建出所述CAD图纸对应的调整后的三维场景模型。

一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成设备，包括处理器及存储器，存储器上存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时实现如上的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行如上的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法。

一种计算机程序产品，包括计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时实现如上的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法。

在上述技术方案中，可以在基于目标图元模型对应的位置坐标检测到目标图元模型的基点未处于目标图元模型对应的预设范围之内时，在目标图元模型对应的每个坐标轴上分别选择出目标图元模型的目标特征点，从而基于目标特征点构建出目标图元模型对应的预设包围体，并基于该预设包围体对目标图元模型的基点进行更新，这样，目标图元模型的基点就可以处于目标图元模型的预设范围之内。最后，基于更新后的基点以及三维场景的原点坐标，就可以构建出该CAD图纸对应的三维场景信息。通过该方法，可以快速地校正每个图元模型的基点位置，使得每个图元模型的基点都校正到该图元模型的预设范围之内，这样，在进行三维场景构建时，每个图元模型都可以被摆放到准确的三维场景中的位置，提高了三维场景构建的效率和准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，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。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种图元模型信息表格示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法的流程图；

图4是根据本申请实例中的一种对目标图元模型进行基点校正的示意图；

图5是根据另一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法的流程图；

图6是根据另一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法的流程图；

图7是根据另一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法的流程图；

图8是本申请实施例设计的一种三维场景模型的人机交互示意图；

图9是本申请实施例设计的另一种三维场景模型的人机交互示意图；

图10是根据一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成装置的框图；

图11是根据一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相同的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相同的装置和方法的例子。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

需要说明的是，在本申请中提及的“多个”是指两个或者两个以上。“和/或”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，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要说明的是，在本申请的具体实施方式中，涉及到用户相关的数据，当本申请实施例运用到具体产品或技术中时，需要获得用户许可或者同意，且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。

在介绍本申请实施例的技术方案之前，先在这里介绍本申请实施例涉及的技术名词。

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。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。在国内应用最深入的是工程建设领域，关注度最高、研究最热的是智能制造领域。

本申请将数字孪生中的实时数据与CAD图纸构建的三维场景模型结合，可以使系统更加智能和动态。实时数据可以包括设备图元状态、环境参数等，可以优化三维场景模型的构建和更新。数字孪生技术通常涉及物理系统的仿真和优化，将数字孪生的仿真结果应用于CAD图纸构建的三维场景模型，可以帮助预测和优化系统行为，提高模型的准确性。另外，结合数字孪生和CAD图纸构建，可以利用自动化和人工智能技术，使系统更具智能化。例如，通过自动检测CAD图纸中的图元并与数字孪生中的物理系统关联，实现更智能的场景构建。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法的流程图。该方法可以适用于图1所示的实施环境，并且由计算机具体执行。当然该方法也可以适用于其它的实施环境，在此并不对该方法的执行主体进行限制。

以下将以计算机作为示例性的执行主体对该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法进行详细阐述。

如图1所示，在一示例性实施例中，该方法至少包括如下步骤：

S110，从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和三维场景模型的原点坐标。

其中，图元是构成数字化图形的基本单元，包括几何图元和非几何图元。几何图元如点、线、圆、多边形等通过坐标、尺寸等属性定义形状和结构；而非几何图元如文本、符号、图层等用于添加注释和组织绘图信息。在本申请实施例中，一个图元可以是指一个设备或实体，例如广播、站台、座椅、信号基站等等，每个图元都具有特定的形状。

该CAD图纸可以是基于CAD文件识别出来的，在CAD文件中包含了多个图元，每个图元都具有其对应的坐标位置，因此，基于该CAD文件，计算机就可以相应识别出每个图元对应的位置坐标。

可选地，该CAD图纸还可以是通过对多种格式的图像文件进行智能识别的阶段。首先，通过对本领域技术人员所输入的图片文件进行识别，图片文件的格式可以是PDF、JPG、PNG等格式，计算机能够生成相应的CAD文件。这个是识别的过程中，可以采用图像处理和模式识别技术，使得原始的图片信息得以转化为CAD文件中的图元，其中每个图元都包含了其在空间中的具体坐标位置。接下来，计算机可以将CAD文件中的数据映射到实际的空间坐标，从而使得生成的CAD图纸中包含多个图元，这些图元在对应的图片文件中都可以找到对应的实体。这样，计算机就能够准确地辨识每个图元，并获取每个图元对应的位置坐标。

于本申请的一实施例中，计算机除了可以获取到图元的位置坐标，还可以获取到该图元的名称和位置属性。其中，位置属性代表该图元对应的旋转特征信息和缩放特征信息。

于本申请的一实施例中，计算机是基于坐标(0，0，0)的点识别出CAD图纸的，在此之后，还需要检测CAD图纸与三维场景的原点坐标之间的偏移量，并基于该偏移量对CAD图纸中包含的目标图元进行位置校准，得到目标图元对应的位置坐标。也即，如果测CAD图纸与三维场景的原点坐标之间的存在偏移量，则每个图元都需要进行位置校准，使得每个图元的坐标更加准确。

示例性地，对于CAD图纸中的坐标点(x，y，z)，其在三维场景中的坐标为(x+1，y+1，z+0)，这意味着该CAD图纸中的所有点都与三维场景中在x轴和y轴上偏移了1个单位坐标，需要分别在CAD图纸中，将x轴增加一个单位坐标，y轴增加一个单位坐标。

进一步地，计算机可以获取预设图元列表，该预设图元列表中包含了CAD图纸中每个图元与其对应的图元模型之间的映射关系，包含了高度信息，该高度信息用于表征每个图元模型在三维场景模型中的高度。这样，计算机可以CAD图纸中的每个图元都映射到三维场景模型中，得到每个图元对应的图元模型。其中，CAD图纸中的目标图元可以是CAD图纸中的多个图元中的任意一个，该目标图元在三维场景模型中就对应于目标图元模型。

需要说明的是，由于CAD图纸是二维的平面图，图元在CAD图纸中可以确定出x轴与y轴的坐标，该图元对应的图元模型可以使用该x轴与y轴的坐标，并使用预设图元列表中包含的该图元对应的图元模型的高度信息作为z轴的坐标，进而就可以得到该图元模型对应的x轴、y轴与z轴的坐标。

如图2所示为一示例性的图元模型信息表格示意图，在图2中，包含了不同设备图元模型对应的名称、坐标值、横坐标、纵坐标和空间高度坐标(即高度信息)，其中，图2中的设备图元模型都属于广播设备，但并不作为设备类型的限定。

S120，若基于目标图元模型对应的位置坐标检测到目标图元模型的基点未处于目标图元模型对应的预设范围之内，则在目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出目标图元模型的目标特征点。

其中，该预设范围可以是以目标图元模型确定的，计算机可以识别该目标图元模型对应的图形边缘，生成最小包围盒，该最小包围盒所围成的区域就可以称为预设范围。

目标图元模型的基点的坐标是基于目标图元模型对应的位置坐标确定的，即在创建目标图元并确定其位置坐标后，目标图元模型的基点的坐标也就确定了，相当于是一个创建图元时自带的基点数据。

计算机可以将目标图元模型的基点的坐标与目标图元模型对应的预设范围进行比对，以判断目标图元模型的基点是否处于目标图元模型对应的预设范围之内。若是，则说明该目标图元模型对应的基点是准确的，无需特殊处理。若否，说明在基点校准或CAD图纸到三维场景的映射过程中，可能存在偏移或计算错误，导致基点不在最小包围盒内。为了确保目标图元模型的基点在三维场景中的准确位置，避免由于CAD图纸和三维场景原点之间的偏移而引起的误差，就需要对该目标图元模型的基点坐标进行校正。

具体地，在校正过程中，需要在目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出目标图元模型的目标特征点。例如，需要在x轴方向上选择出一个目标特征点、在y轴方向上选择出一个目标特征点，以及在z轴方向上选择出一个目标特征点。

S130，基于目标特征点构建出目标图元模型对应的预设包围体，并基于预设包围体对目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于预设范围之内。

这样，计算机就可以基于选择出的3个目标特征点，构建出一个预设包围体。该预设包围体可以是最小包围矩形体、最小包围球体等，本领域技术人员可以根据不同的场景设置预设包围体的形状。

接下来，计算机基于预设包围体对目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于预设范围之内。具体地，计算机需要计算所构建预设包围盒的几何中心的坐标值，并将目标图元模型的基点更新为包围盒的几何中心的坐标值。这样，基点就被校正并确保在预设范围内。

其中，该预设包围体出于预设范围之内。需要说明的是，预设包围体是在预设范围内的一个几何体表示。计算机通过将目标特征点映射到这个预设包围体内，可以保证目标图元模型的基点位于预设范围内。因此，预设包围体的几何形状和位置关系直接影响了基点校正的准确性。预设包围体的选择和构建需要确保它足够大，以容纳目标图元模型的变化和误差范围，同时也要尽量小，以精确表示目标图元模型的形状。

S140，基于更新后的基点构建出CAD图纸对应的调整后的三维场景模型。

这样，每个图元模型的基点都处于该图元模型对应的预设范围之内，这样，可以确保图元模型在场景中的位置准确无误。如果需要微调，可以通过平移、旋转或缩放等操作进行调整。

如果场景中有多个图元，可能需要将它们相互关联，以便它们在场景中的布局和交互更加自然。

通过该方法，可以快速地校正每个图元模型的基点位置，使得每个图元模型的基点都校正到该图元模型的预设范围之内，这样，在进行三维场景构建时，每个图元模型都可以被摆放到准确的三维场景中的位置，提高了三维场景构建的效率和准确性。

在本申请的一个实施例中，提供了另一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以由计算机来执行。如图3所示，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以包括S110、S310至S330和S130至S140。也即，S310至S330是图1所示的120的具体实现方法。

下面对S310至S330进行描述：

S310，若基于目标图元模型对应的位置坐标检测到目标图元模型的基点未处于目标图元模型对应的预设范围之内，对目标图元模型的边缘进行拟合处理，得到拟合后的边缘。

具体地，计算机可以通过数学模型对目标图元模型的边缘进行拟合处理，来近似描述图元的外形轮廓的过程。首先，从目标图元模型中提取边缘信息，然后选择适当的数学模型(如直线、曲线、圆弧等)来拟合这些边缘数据。通过拟合算法，估计数学模型中的参数，使得模型与实际边缘数据的误差最小化。最终得到目标图元模型拟合后的边缘，能够更准确地描述目标图元模型的轮廓形状。

S320，基于拟合后的边缘，在指定坐标轴方向上选择出多个特征点。

其中，该多个特征点可以是目标图元模型的角点、拐点等，通过选择这些关键特征点，能够更准确地表达目标图元在各个坐标轴上的形状变化。需要说明的是，每个特征点对应的x、y和z轴上的坐标值中的任意两个值都不相等。也即，对于特征点(x，y，z)，x≠y≠z，保证在同一个坐标轴方向上的多个特征点不在同一条直线上。

S330，在每个坐标轴方向上从多个特征点中选择出目标特征点。

具体地，S330可以包括S331至S334或S335至S336。

下面对S331至S334进行描述：

S331，获取多个特征点在指定坐标轴上的坐标值，指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴。

其中，该指定坐标轴可以是x轴、y轴和z轴中的任意一个坐标。每个特征点在这三个坐标轴上都具有坐标值。

S332，将多个特征点按照在指定坐标轴方向上坐标值的大小进行排序。

排序可以是从小到大的顺序，也可以是从大到小的顺序。

S333，基于排序后的多个特征点，计算出每相邻的两个特征点之间的坐标差值。

具体地，该坐标差值是指在该指定坐标轴上的坐标差值，例如，该指定坐标轴为x轴，则只需要对排序后的多个特征点的x轴上的坐标值进行差运算，就可以得到每相邻的两个特征点之间的坐标差值。

S334，将与前一个特征点之间的坐标差值最大的特征点作为目标特征点。

示例性地，计算机在x轴方向上获取到了以下的特征点：(1，5，3)、(3，5，4)、(8，6，3)、(11，5，2)。

这些特征点在x轴方向上的坐标值从小到大依次为1、3、8、11。计算机将这些坐标值进行两两作差，将每个特征点在x轴方向上的坐标值减去前一个特征点在x轴方向上的坐标值，得到以下坐标差值：2、5、3。可见，第3个特征点在x轴方向上的坐标值减去第2个特征点在x轴方向上的坐标值的坐标差值最大，因此可以将第3个特征点(8，6，3)作为x轴方向上的目标特征点。

其中，在进行坐标差值运算时，第1个特征点可默认不作为目标特征点。

类似地，计算机也会在y轴方向和z轴方向上分别选择出多个特征点，并选择出目标特征点。这样，就可以得到x轴、y轴和z轴方向上分别的目标特征点，即3个目标特征点。

下面对S335至S336进行描述：

S335，获取多个特征点在指定坐标轴方向上的坐标值，得到多个坐标值；其中，指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴。

其中，该指定坐标轴可以是x轴、y轴和z轴中的任意一个坐标。每个特征点在这三个坐标轴上都具有坐标值。

S336，将在指定坐标轴方向上具有最大值的特征点作为目标特征点。

示例性地，如上的示例中，计算机在x轴方向上获取到了以下的特征点：(1，5，3)、(3，5，4)、(8，6，3)、(11，5，2)。

这些特征点在x轴方向上的坐标值从小到大依次为1、3、8、11。而11是最大的坐标值，因此可以将第4个特征点(11，5，2)作为x轴方向上的目标特征点。

需要说明的是，S331至S334或S335至S336是两种并行的方案，本领域技术人员可以根据不同的场景需要，选择其中的一种方案执行，或采用其他选择目标特征点的方案，本申请实施例不做限定。

这样，如图4所示，原始基点位于预设范围之外，经过校正之后，就可以更新到预设范围之内，实现了基点的准确校正。

通过该方法，计算机可以更加准确地选取出目标特征点，从而能够确保后续构建的预设包围体的准确性，使得目标图元模型的基点能够落到预设范围内，提高了基点校正的准确性。

在本申请的一个实施例中，提供了另一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以由计算机来执行。如图5所示，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以包括S110至S120、S510至S530和S140。也即，S510至S530是图1所示的S130的具体执行步骤。

本申请实施例中，目标特征点的数量为多个。

下面对S510至S530进行描述：

S510，基于多个目标特征点构建出预设包围体，以使预设包围体将目标图元模型进行包围。

该预设包围体可以是最小包围矩形体、最小包围球体等，本领域技术人员可以根据不同的场景设置预设包围体的形状。

S520，计算出预设包围体所对应的几何中心的坐标值。

计算机计算出预设包围体的几何中心坐标值，这有助于获得一个集中的位置，以便更好地表示目标图元模型的整体位置。

S530，将目标图元模型的基点更新为几何中心的坐标值，以使更新后的基点位于预设范围之内。

计算机将目标图元模型的基点更新为几何中心的坐标值，以确保更新后的基点位于预设范围之内，进一步提高对目标图元模型位置的准确性。该更新后的基点可以唯一确定该目标图元模型在三维场景模型中的位置。

通过该方法，有助于在三维场景中更精确地定位目标图元模型。

在本申请的一个实施例中，提供了另一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以由计算机来执行。如图6所示，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以包括S110、S610至S630和S130至S140。也即，S610至S630是图1所示的S120的具体实现方法。

下面对S610和S630进行描述：

S610，获取对目标图元模型设置的高度信息，高度信息用于表征目标图元模型在三维场景模型中的高度。

其中，高度信息可以是包含在预设图元列表中的，CAD图纸中的每个图元都可以在预设图元列表中找到其对应的图元模型的样式和高度信息。这些高度信息可以是本领域技术人员提前批量设置的。

S620，基于目标图元模型对应的位置坐标和高度信息确定出目标图元模型对应的预设范围。

目标图元模型对应的位置坐标和高度信息可以确定预设范围的位置以及高度，从而计算机可以更加准确地识别出目标图元模型对应的预设范围。

S630，检测目标图元模型对应的基点坐标是否位于预设范围之内。

计算机可以将该基点坐标与预设范围对应的函数进行比对，以检测其是否位于预设范围之内。

通过该方法，可以及时检测目标图元模型的基点是否在该目标图元模型预设范围内，从而对不在预设范围内的基点进行校正，以提高生成的三维场景的准确性。

在本申请的一个实施例中，提供了另一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以由计算机来执行。如图7所示，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法可以包括S710至S730和S120至S140。其中，S710至S730是图1所示的S110的具体实现方法。

下面对S710至S730进行描述：

S710，检测CAD图纸与三维场景的原点坐标之间的偏移量。

这个偏移量表示CAD图纸中的坐标零点与三维场景的坐标零点之间的差异。

S720，基于偏移量对CAD图纸中包含的目标图元进行位置校准，得到校正后的CAD图纸。

计算机可以基于偏移量，调整目标图元的位置，使其相对于三维场景的原点具有准确的位置。

S730，基于预设图元列表将校正后的CAD图纸中包含目标图元映射到为目标图元模型，得到三维场景模型。

具体地，CAD图纸中每个图元都具有其对应的名称，计算机可以将每个图元的名称作为唯一识别编码，在预设图元列表中查找每个图元对应的图元模型，建立CAD图纸中的图元与三维场景模型中的图元模型之间的映射关系，得到三维场景模型。其中，目标图元是CAD图纸中包含的多个图元中的任意一个图元。

需要说明的是，由于CAD图纸可能存在制图不规范、制图贵方不同或其他特殊的情况，因此，有的图元在映射到三维场景模型时，可能缺少高度坐标，导致自动摆放到三维场景模型中时缺少高度信息。本领域技术人员可以通过批量设定高度来快速调整缺少高度信息的图元模型的高度信息。

另外，CAD图纸可能属于非标准CAD图纸，计算机可能无法识别特定的图元，因此，本领域技术人员可以在计算机展示的交互界面中手动选择出无法识别的图元，进而通过CAD接口自动生成对应的图元模型。

于本申请的一实施例中，由于不同的CAD图纸的制图标准，图元具有差异化，为了在三维场景模型中能够实现统一表达，快速建立每个图元与三维场景模型的映射关系，本领域技术人员可以自定义CAD图纸中的图元。具体为，计算机可以将需要自定义的图元进行图片化，通过图片智能搜索或人工选定的方式，得到最接近的标准图元。其中，通过图片智能搜索时，可以选择与需要自定义的图元的相似度匹配分数最高的图元作为其对应的标准化图元。由于标准化的图元在预设图元列表中具有对应的图元模型信息和高度信息，计算机就可以将非标准的以及需要自定义的图元映射到三维场景模型中。

通过该方法，对于CAD图纸的非标准情况，通过自定义CAD图纸中的图元，将其映射到三维场景模型中，可以实现对CAD图纸中各个图元的准确映射，提高了三维场景模型构建的准确性。另外，自定义的处理方式提高了三维场景模型构建的灵活性。

如图8和图9为本申请实施例中的一种三维场景模型的人机交互示意图，在图8和图9中，计算机可以提供人机交互界面，界面中具有各类与三维场景模型生成相关的功能虚拟按键，本领域技术人员可以在该界面中进行相关操作，从而使得计算机对CAD图纸中的图元映射到三维场景模型中。本申请可以用于各类基于CAD图纸生成三维场景模型的场景，例如地铁场景中，涉及到的列车、轨道、闸门、休息椅、基站、广播等设备，都可以通过本申请的方法快速对CAD图纸进行三维场景模型的快速生成，以提高地铁站管理的效率，确保地铁运营的及时性和安全性。

一方面，本申请通过计算机的自动化基点校正，提高了三维场景模型构建的效率和准确性；另一方面，本领域技术人员可以自定义设置图元，并通过计算机找到对应的标准图元，提高了三维场景模型构建的灵活性。

图10是本申请的一个实施例示出的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成装置的框图。如图10所示，该基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成装置应用于服务系统，该装置包括：

获取单元1010，用于从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和三维场景模型的原点坐标；

处理单元1020，用于若基于目标图元模型对应的位置坐标检测到目标图元模型的基点未处于目标图元模型对应的预设范围之内，则在目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出目标图元模型的目标特征点；

构建单元1030，用于基于目标特征点构建出目标图元模型对应的预设包围体，并基于预设包围体对目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于预设范围之内；

构建单元1030，还用于基于更新后的基点构建出CAD图纸对应的调整后的三维场景模型。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，处理单元1020，还用于对目标图元模型的边缘进行拟合处理，得到拟合后的边缘；基于拟合后的边缘，在指定坐标轴方向上选择出多个特征点；在每个坐标轴方向上从多个特征点中选择出目标特征点。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，获取单元1010，还用于获取多个特征点在指定坐标轴方向上的坐标值，指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴；处理单元1020，还用于将多个特征点按照在指定坐标轴方向上坐标值的大小进行排序；计算单元1040，用于基于排序后的多个特征点，计算出每相邻的两个特征点之间的坐标差值；处理单元1020，还用于将与前一个特征点之间的坐标差值最大的特征点作为目标特征点。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，获取单元1010，还用于获取多个特征点在指定坐标轴方向上的坐标值，得到多个坐标值；其中，指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴；处理单元1020，还用于将在指定坐标轴方向上具有最大值的特征点作为目标特征点。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，目标特征点的数量为多个；构建单元1030，还用于基于多个目标特征点构建出预设包围体，以使预设包围体将目标图元模型进行包围；计算出预设包围体所对应的几何中心的坐标值；将目标图元模型的基点更新为几何中心的坐标值，以使更新后的基点位于预设范围之内。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，获取单元1010，还用于获取对目标图元模型设置的高度信息，高度信息用于表征目标图元模型在三维场景模型中的高度；处理单元1020，还用于基于目标图元模型对应的位置坐标和高度信息确定出目标图元模型对应的预设范围；检测目标图元模型对应的基点坐标是否位于预设范围之内。

在本申请的一个实施例中，基于前述方案，处理单元1020，还用于检测CAD图纸与三维场景的原点坐标之间的偏移量；基于偏移量对CAD图纸中包含的目标图元进行位置校准，得到校正后的CAD图纸；基于预设图元列表将校正后的CAD图纸中包含目标图元映射到为目标图元模型，得到三维场景模型。

需要说明的是，前述实施例所提供的装置与前述实施例所提供的方法属于同一构思，其中各个模块和单元执行操作的具体方式已经在方法实施例中进行了详细描述。

本申请的实施例还提供了一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得电子设备实现如前的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法。

图11是适于用来实现本申请实施例的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成设备的计算机系统的结构示意图。

需要说明的是，图11示出的电子设备的计算机系统1100仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图11所示，计算机系统1100包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)1101，其可以根据存储在只读存储器(Read-Only Memory，ROM)1102中的程序或者从存储部分1108加载到随机访问存储器(Random Access Memory，RAM)1103中的程序而执行各种适当的动作和处理，例如执行上述实施例中的方法。在RAM 1103中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU 1101、ROM 1102以及RAM 1103通过总线1104彼此相连。输入/输出(Input/Output，I/O)接口1105也连接至总线1104。

以下部件连接至I/O接口1105：包括键盘、鼠标等的输入部分1106；包括诸如阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)、液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)等以及扬声器等的输出部分1107；包括硬盘等的存储部分1108；以及包括诸如LAN(Local AreaNetwork，局域网)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1109。通信部分1109经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1110也根据需要连接至I/O接口1105。可拆卸介质1111，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1110上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1108。

特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的计算机程序。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1109从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1111被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)1101执行时，执行本申请的系统中限定的各种功能。

需要说明的是，本申请实施例所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读介质例如可以是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的计算机程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不相同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

本申请的另一方面还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法。该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的，也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

本申请的另一方面还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读介质中。计算机设备的处理器从计算机可读介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各个实施例中提供的基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法。

上述内容，仅为本申请的较佳示例性实施例，并非用于限制本申请的实施方案，本领域普通技术人员根据本申请的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本申请的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成方法，其特征在于，包括：

从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和所述三维场景模型的原点坐标；

若基于所述目标图元模型对应的位置坐标检测到所述目标图元模型的基点未处于所述目标图元模型对应的预设范围之内，则在所述目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出所述目标图元模型的目标特征点；

基于所述目标特征点构建出所述目标图元模型对应的预设包围体，并基于所述预设包围体对所述目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于所述预设范围之内；

基于所述更新后的基点构建出所述CAD图纸对应的调整后的三维场景模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述目标图元模型对应的每个坐标轴方向上分别选择出所述目标图元模型的目标特征点，包括：

对所述目标图元模型的边缘进行拟合处理，得到拟合后的边缘；

基于所述拟合后的边缘，在指定坐标轴方向上选择出多个特征点；

在所述指定坐标轴方向上从所述多个特征点中选择出目标特征点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述每个坐标轴方向上从所述多个特征点中选择出目标特征点，包括：

获取所述多个特征点在指定坐标轴方向上的坐标值，所述指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴；

将所述多个特征点按照在所述指定坐标轴方向上坐标值的大小进行排序；

基于所述排序后的多个特征点，计算出每相邻的两个特征点之间的坐标差值；

将与前一个特征点之间的坐标差值最大的特征点作为所述目标特征点。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述每个坐标轴上从所述多个特征点中选择出目标特征点，包括：

获取所述多个特征点在指定坐标轴方向上的坐标值，得到多个坐标值；其中，所述指定坐标轴是多个坐标轴中的任意一个坐标轴；

将在指定坐标轴方向上具有最大值的特征点作为目标特征点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标特征点的数量为多个；

基于所述目标特征点构建出所述目标图元模型对应的预设包围体，并基于所述预设包围体对所述目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于所述预设范围之内，包括：

基于多个目标特征点构建出所述预设包围体，以使所述预设包围体将所述目标图元模型进行包围；

计算出所述预设包围体所对应的几何中心的坐标值；

将所述目标图元模型的基点更新为所述几何中心的坐标值，以使更新后的基点位于所述预设范围之内。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若基于所述目标图元模型对应的位置坐标检测到所述目标图元模型的基点未处于所述目标图元模型对应的预设范围之内，则在所述目标图元模型对应的每个坐标轴上分别选择出所述目标图元模型的目标特征点，包括：

获取对所述目标图元模型设置的高度信息，所述高度信息用于表征所述目标图元模型在所述三维场景模型中的高度；

基于所述目标图元模型对应的位置坐标和所述高度信息确定出所述目标图元模型对应的预设范围；

检测所述目标图元模型对应的基点坐标是否位于所述预设范围之内。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和所述三维场景模型的原点坐标，包括：

检测所述CAD图纸与所述三维场景的原点坐标之间的偏移量；

基于所述偏移量对所述CAD图纸中包含的目标图元进行位置校准，得到校正后的CAD图纸；

基于预设图元列表将所述校正后的CAD图纸中包含目标图元映射到为所述目标图元模型，得到所述三维场景模型。

8.一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于从CAD图纸对应的三维场景模型中获取目标图元模型对应的位置坐标和所述三维场景模型的原点坐标；

处理单元，用于若基于所述目标图元模型对应的位置坐标检测到所述目标图元模型的基点未处于所述目标图元模型对应的预设范围之内，则在所述目标图元模型对应的每个坐标轴上分别选择出所述目标图元模型的目标特征点；

构建单元，用于基于所述目标特征点构建出所述目标图元模型对应的预设包围体，并基于所述预设包围体对所述目标图元模型的基点进行更新，以使更新后的基点位于所述预设范围之内；

所述构建单元，还用于基于所述更新后的基点构建出所述CAD图纸对应的调整后的三维场景模型。

9.一种基于CAD图元的数字孪生三维场景快速生成设备，其特征在于，包括：

存储器，存储有计算机可读指令；

处理器，读取存储器存储的计算机可读指令，以执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行权利要求1至7中任一项所述的方法。