一种去中心化协同三维建模的编辑方法技术

本发明专利技术涉及一种去中心化协同三维建模的编辑方法；解决现有三维建模中不支持去中心化设置

【技术实现步骤摘要】
一种去中心化协同三维建模的编辑方法


[0001]本专利技术涉及一种去中心化协同三维建模的编辑方法
。

技术介绍

[0002]如今，各国都在大力推行建设面向元宇宙的数字基础设施，由于元宇宙建设依托高质量的三维建模，无论对大型场景构建还是复杂人物设计来说，都需要以海量逼真的三维数字内容为支撑，针对该背景，社会各界对持续生产高质量数字内容提出了需求
。
[0003]非协作工作模式下的建模成本高
、
周期长，难以保证数据的持续性交付，尽管人工智能内容生产
(AIGC)
技术在一定程度上有助于实现自动化，但对工程建筑
、
汽车电子等对真实性
、
准确性要求较高的领域来说，仍需采用计算机辅助人工的方式来生成数字内容
。
其中计算机辅助的协同工作
(CSCW)
技术能有效解决该问题，其核心思想是通过运用先进的互联网手段实现的跨地域在线协作，使多个用户能够随时随地参与到对同一个三维物体的建模过程中，从而显著提高三维数字内容的生成速度
。
[0004]目前在
CAD
领域市场占有率最高的
AutoCAD
以及
Solidworks、CATIA
等软件已成功应用了
CSCW
技术，而国内以浙大
CAD&CG
国家重点实验室
、
南航周来水团队
、
北理工左正兴团队
、<br/>武大何发智团队为代表的多个研究团队对基于
CSCW
的协同
CAD
技术展开了深入的研究，自
2000
年开始均先后实现了基于
Web
的三维协同建模系统，但这些系统和商业软件存在一个相同的弊端：需要依赖中央服务器实现数据同步和共享，而这有悖于元宇宙由用户自治的“去中心化”思想，即用户能通过分布式应用程序进行交互并创建分散的自治组织
。
[0005]CAP(Consistency、Availability、Partition tolerance)
原理指出，所有分布式系统都需在数据一致性和系统可用性之间寻求平衡，实际应用中为了实现系统的高响应性和高并发性，通常会选择牺牲数据的强一致性，这将导致不同副本出现数据不一致的情况
。
此外，针对三维建模场景下实现多人协同工作的另一个挑战还在于：多个用户在编辑相同模型时产生的并发操作冲突可能导致建模结果与用户操作意图的不一致
。
因此，需要在不同分布式应用之间进行保留用户操作意图的数据一致性维护
。
[0006]操作转换
(Operation Transformation
，
OT)
和地址空间转换
(Address Space Transformation
，
AST)
支持操作意图保留的数据一致性维护算法，这些算法通过简化冲突检测流程并进行消解，尽可能维护多个用户的操作意图，能在较高的网络延迟下也能保证操作的高响应性
。
当应用于三维协同建模时，在协作编辑领域中常用的
OT
和
AST
算法存在以下劣势：
[0007](1)
不支持去中心化设置：去中心化是元宇宙的主要特点，但
OT
和
AST
通常依赖于中央服务器或权威机构来处理协调和解决冲突，这种集中化设置将带来单点故障，并可能造成分布式环境中可伸缩性和可用性的瓶颈；
[0008](2)
不支持离线编辑：
OT
和
AST
算法通常依赖于在线连接开展实时协作，这使得在离线或低连接场景下的三维模型编辑变得十分困难；
[0009](3)
转换过程的高复杂性：在构建复杂三维模型时，
OT
和
AST
处理操作
/
地址空间转
换以及解决并发冲突所涉及的算法可能会变得十分复杂，特别是对
OT
算法来说，需要对复杂三维模型的细粒度几何
、
拓扑和语义数据进行转换及合并，该过程很容易产生错误
。
[0010]综上所述，目前还没有满足元宇宙应用需求的三维协同建模解决方案，亟需推动现有三维协同建模方法实现完全去中心化
。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于解决现有方案存在的不支持去中心化设置
、
不支持离线编辑以及转换过程的高复杂性等技术问题，而提出一种去中心化协同三维建模的编辑方法
。
[0012]本专利技术的设计思路如下：
[0013]本专利技术旨在提出一种用于去中心化协同建模的冲突解决方案，基于无冲突复制数据类型
(Conflict
‑
free Replicated Data Type
，
CRDT)
解决下述技术问题，实现
P2P
多人在线协作建模，提高数字内容生产速度
、
推进元宇宙产业尽快落地
。
[0014]技术问题1：三维模型的组件化表示
[0015]为了便于计算机理解，本专利技术采用一种结构化的建模方式，通过抽象建模过程中用到的各类建模元素和建模操作，将复杂三维模型划分为若干个可独立操作的组件，其中每个组件都代表整个模型中的一个子模型
、
部分或区域，使得任意三维模型可代表为对若干建模元素上执行一系列建模操作后的结果，从而降低利用
CRDT
数据结构表示三维模型的复杂性
。
[0016]技术问题2：三维模型的在线实时共享
[0017]大多数的建模软件都不提供在线的模型共享功能，这使得用户无法将修改后的模型及时反馈给其他用户，极大阻碍了协同建模工作的开展
。
为此，本专利技术用列表型
CRDT
表示三维模型，通过基于增量的副本同步机制在不同分布式应用之间传播基于
JSONL
序列化表示的更新操作，并合并在模型上的不同操作，从而实现三维模型的高效网络传输和在线实时共享
。
[0018]技术问题3：多人协同编辑的并发冲突解决
[0019]当多个用户在同时编辑一个三维对象时，可能会出现冲突情况，例如当两个用户朝相反方向同时移动一个物体时，或是一个用户正在修改被另一个用户删除的物体
(
及其子对象
)
时都存在操作冲突，这些情况的方式将破坏三维模型副本之间的一致性
。
为解决该问题，本专利技术提出一种基于时间戳的冲突检测机制和基于优先级的冲突解决策略，根据优先级自动协调存在冲突的不同用户操作，在尽可能保留用户操作意图的同时，确保整个分布式系统的数据一致性
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种去中心化协同三维建模的编辑方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
三维模型表示
1.1
：定义建模元素，所述建模元素包括基本几何体和扩展几何体；
1.2
：基于建模元素，定义列表型
CRDT
数据结构；步骤
2、
初始化建模所有客户端在线使用
CRDT
数据结构表示各建模元素的建模操作，进行初始化建模，生成
CRDT
列表，并进行同步；步骤
3、
增量更新编码若任意客户端相较上次同步时有新增的建模操作，则基于
JSONL
对所有建模元素上进行的增量操作，并将相应生成的
JSONL
文件传输给所有其他客户端进行同步，然后执行步骤4；若任意客户端相较上次同步时均无新增的建模操作，则保留当前状态直至新增建模操作，并执行步骤4；步骤
4、
冲突检测每个客户端在接收到来自其他客户端的增量操作后都进行并发冲突检测，若所有客户端均是对不同模型元素或不同状态的同一模型元素进行的增量操作，则对该增量操作执行步骤5，若存在至少两个客户端是对同一状态的同一模型元素进行的增量操作，则对该增量操作执行步骤6；步骤5：更新操作合并该客户端合并来自其他客户端的所有增量操作并插入
CRDT
列表中，然后返回步骤3；步骤6：并发冲突消解该客户端保留多个有冲突的增量操作中优先级最高的增量操作，并将其插入
CRDT
列表中，然后返回步骤
3。2.
根据权利要求1所述的一种去中心化协同三维建模的编辑方法，其特征在于：步骤
1.2
中，将
CRDT
列表中的每个元素表示为六元组
o
＝
(id,origin,left,right,isDeleted,content)
，其中，
id
表示当前操作，
origin
表示将该操作插入至列表中的左侧元素，
left
和
right
分别表示当前操作在如今列表中左侧元素和右侧元素，
isDeleted
是用于标记操作是否被删除的标识符，
content
用于保存操作相关的其他信息
。3.
根据权利要求2所述的一种去中心化协同三维建模的编辑方法，其特征在于：步骤3中，所述基于
JSONL
数据格式存储对所有建模元素上进行的增量操作，具体为：将不同客户端上对建模元素上进行的全部增量操作采用
JSONL
数据格式
{"id":o.id,"origin":o.origin,"content":{
…
}}
表示；其中，
id
和
origin
字段存储的是任意增量操作
o
的
id
和
origin
值，均表示为
{clientID,clock}
，
clientID
是每个客户端对应的唯一标识符，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔婉秋，周上楠，李一雯，李淦，尚韬，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：