本发明专利技术提出了一种基于PBR流程的产品高精度数字仿真方法，解决了数字孪生虚拟空间中高精度还原现实世界物理实体尺寸和外观材质的问题，可实现在虚拟空间对现实世界中的物理实体进行高精度数字仿真。方法包括：1.使用工业建模软件NX根据产品实际尺寸进行数字化精准建模；2.NX中创建的精准曲面模型导出至MAYA软件；3.在MAYA软件中对曲面模型进行高低模重构；4.重构后的多边形模型导入Substance Painter软件进行贴图烘培；5.利用Substance Painter进行高精度贴图设计；6.产品模型的数字化高精度仿真复原。本发明专利技术可以将现实世界中的物理实体的实际尺寸和外观质感以数字孪生的形式在计算机虚拟空间进行高质量逼真数字仿真还原。仿真还原。仿真还原。
【技术实现步骤摘要】
一种基于PBR流程的产品高精度数字仿真方法
[0001]本专利技术属于计算机图形学领域。
技术介绍
[0002]近年来，随着计算机图形学的迅猛发展，特别是在GPU集成电路和各种3D应用软件的影响下，计算机图形学中的一个重要分支
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数字孪生技术得到快速发展，已在产品设计、智能制造、医学分析及工程建设等多领域得到大规模应用。尤其美国国家航天局(NASA)使用空间飞行器的数字孪生对飞行中的空间飞行器进行仿真分析。数字孪生主要是创建和现实世界中物理实体等价的数字模型，通过数字模型对物理实体进行仿真分析，依据采集的物理实体的运行数据完善数字模型的仿真分析算法，从而对物理实体的后续运行和改进提供更加准确的决策。目前，由于工业建模软件普遍采用通过一系列数学函数来进行精准的曲面建模，虽然对数字模型能够进行高精准尺寸建模，但是不具备UV信息，无法准确表现现实世界中物理实体的质感；影视建模软件采用点、线、面编辑的多边形建模方式，能在虚拟空间通过高精度贴图完美复原现实世界的物理实体外观质感，但无法根据物理实体的实际尺寸进行精准建模。
技术实现思路
[0003]为解决数字孪生虚拟空间中高精度还原现实世界物理实体尺寸和外观材质的问题，本专利技术提出了一种基于PBR流程的产品高精度数字仿真方法，通过工业建模软件的高精准尺寸建模以及影视建模工具的高精度贴图绘制，在计算机虚拟空间以数字仿真的方式完美复原现实世界中的物理实体。
[0004]本专利技术主要包括以下步骤：
[0005]S1.使用工业建模软件NX根据产品实际尺寸进行数字化精准建模：对物理实体产品实际尺寸进行详细测量，根据实际尺寸对产品进行精准化曲面建模；
[0006]S2.NX中创建的精准曲面模型导出至MAYA软件：将NX软件中创建的曲面模型，以step203的文件格式导入至MAYA软件；
[0007]S3.在MAYA软件中对曲面模型进行多边形模型重构：以导入的高精度曲面模型为参考，对产品模型以多边形建模方式进行重构，并对重构后的多边形模型进行UV拆分；
[0008]S4.重构后的多边形模型导入Substance Painter软件进行贴图烘培：在SP软件中对重构后的多边形模型进行Normal、World space Normal、ID、Ambient Occusion、Curvature、Position及Thickness七张高精度贴图烘培；
[0009]S5.利用Substance Painter进行高精度贴图设计：根据产品实际外观表现，对产品的颜色粗糙度金属高光物理属性进行贴图绘制；
[0010]S6.产品模型的数字化高质量逼真仿真复原：通过Vray渲染引擎对产品的虚拟模型以数字孪生的形式进行高质量逼真仿真还原。
[0011]进一步的，所述步骤S3包括：
[0012]S31：以曲面为参考，利用MAYA多边形建模工具对产品零部件模型依次进行重建，形成高精度多边形模型；
[0013]S32：对多边形模型进行UV拆分。
[0014]3.根据权利要求1所述的一种基于PBR流程的产品高精度数字仿真方法，其特征在于：
[0015]进一步的，所述步骤S5包括：
[0016]S51.底漆层：在SP的图层工具栏添加填充层，通过吸管工具吸取物理实体产品底漆的颜色作为模型的基色；
[0017]S52.面漆层：通过物理实体产品的固有材质，在底漆层的基础上为模型赋予一层面漆，并通过调整颜色、粗糙度、高度参数，使面漆层更接近于产品实体的固有材质；
[0018]S53.金属亮漆层：在面漆层的基础上再添加一层图层，通过金属度、粗糙度参数为其添加亮漆层；
[0019]S54.表面划痕层：利用ratio_grunge_scratches_rough贴图为模型添加表面划痕；
[0020]S55.边缘磨损层：利用Metal Edge wear生成器结合Curvature曲率贴图为模型添加边缘磨损；
[0021]S56.灰尘污渍层：利用MG dirt生成器和Ambient Occlusion生成器为模型添加灰尘污渍；S57.文字图案层：利用Photoshop软件设计好文字图案，以贴图的形式导入SP软件中，为模型添加文字图案。
[0022]本专利技术通过工业建模软件对物理实体产品进行高精度曲面建模，利用影视建模软件以多边形建模的方式对高精度曲面模型进行模型重构，并使用基于物理现实的PBR流程对模型进行高精度贴图设计。
附图说明
[0023]图1为一种基于PBR流程的产品高精度数字孪生仿真方法的流程图。其中，图中S1
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S6分别与
技术实现思路
中表述的S1
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S6过程对应。
[0024]图2为实例提供的重构后的集装箱模型。
[0025]图3为实例提供的赋予高质量贴图后的集装箱模型。
具体实施方式
[0026]本专利技术实施过程如图1所示，以下以集装箱为实例，描述具体实施过程：
[0027]S1.使用工业建模软件UG根据产品实际尺寸进行数字化精准建模：对产品实际尺寸进行详细测量，根据实际尺寸对产品进行精准化曲面建模。
[0028]根据集装箱的物理结构将集装箱分为：框架结构(前端部框架，后端部框架)；箱体(箱顶，侧壁，端壁，箱底)；门板(门锁装置，箱门搭扣件)等三个组成部分。对集装箱的零部件实际尺寸进行详细测量，并明确各零部件之间的内在联系。在零部件分析的基础上，根据集装箱零部件的实际特点，利用工业建模软件NX10.0完成产品尺寸的高精准曲面建模。
[0029]S2.NX中创建的精准曲面模型导出至MAYA软件：将NX10.0软件中创建的曲面模型，以step203的文件格式导入至MAYA2019软件。
[0030]S21.选择UG软件中创建完成的高精准尺寸的集装箱模型，选择文件
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导出，以step203的文件格式导出模型至桌面。
[0031]S22.打开MAYA软件，选择文件
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导入，以STEP_ATF的导入选项从桌面将模型文件导入至MAYA场景中，由于UG软件和MAYA软件的坐标系统不一致，需调整导入的模型的大小和方向，以适应MAYA软件模型重构的需要。
[0032]S3.在MAYA软件中对曲面模型进行多边形模型重构：以导入的高精度曲面模型为参考，对产品模型以多边形建模方式进行重构。
[0033]S31.将导入的集装箱模型根据其框架结构、箱体、门板依次进行分组，并将分组添加至MAYA软件左下角的显示层中，调整显示层的显示方式为参考模式，在模型重构过程中仅能显示而无法选中此参考模型。
[0034]S32.以集装箱高精准模型为参考，即可运用MAYA软件的多边形建模方式对其零部件重建。在重建过程中根据零部件模型一比一尺寸重建，确保结构准确，布线合理，从而完全还原尺寸精准的产品多边形模型。重建后的模型如图2所示。
[0035本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于PBR流程的产品高精度数字仿真方法，其特征在于：S1.使用工业建模软件NX根据产品实际尺寸进行数字化精准建模：对物理实体产品实际尺寸进行详细测量，根据实际尺寸对产品进行精准化曲面建模；S2.NX中创建的精准曲面模型导出至MAYA软件：将NX软件中创建的曲面模型，以step203的文件格式导入至MAYA软件；S3.在MAYA软件中对曲面模型进行多边形模型重构：以导入的高精度曲面模型为参考，对产品模型以多边形建模方式进行重构，并对重构后的多边形模型进行UV拆分；S4.重构后的多边形模型导入Substance Painter软件进行贴图烘培：在SP软件中对重构后的多边形模型进行Normal、World space Normal、ID、Ambient Occusion、Curvature、Position及Thickness七张高精度贴图烘培；S5.利用Substance Painter进行高精度贴图设计：根据产品实际外观表现，对产品的颜色粗糙度金属高光物理属性进行贴图绘制；S6.产品模型的数字化高质量逼真仿真复原：通过Vray渲染引擎对产品的虚拟模型以数字孪生的形式进行高质量逼真仿真还原。2.根据权利要求1所述的一种基于PBR流程的产品高精度...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚坤，邓又琦，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：
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