大数据量CAD模型实时绘制方法技术

本发明专利技术涉及一种大数据量CAD模型实时绘制方法，包括两部分，即LOD快速自动生成预处理及LOD实时自适应绘制。本发明专利技术优点及功效在于：可以使得大数据量CAD模型则在普通计算机上实现大数据量CAD模型动态场景的模型，而且可以完整保留装配树信息，具有快速自动预处理技术、实时自适应绘制的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大数据量CAD模型实时绘制方法，具体涉及一种针对大数据量 CAD模型基于细节层次LOD (Level of Detail)技术的快速自动生成预处理技术、实时自适应绘制技术以及优化加速技术。属于计算机辅助设计制造和计算机图形学可视化

技术介绍
人类获取的信息83%来自视觉。因此将复杂产品通过计算机实时可视化，具有非常重要的意义，同时也是计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、虚拟现实(VR)等技术的基础，但是CAD产品结构及其复杂，如挑战者号航天飞机250万个零部件，波音777 客机有600多万个零件和连接件，其几何模型共有3. 50亿以上的三角面片，去除其他信息仅保留几何模型信息，其模型存储量也超过了 12GB，经过一系列的优化加速算法处理后，数据文件大小超过了 60GB。目前普通计算机能够实时绘制的几何模型约为1百万三角面片， 因此大数据量CAD模型实时可视化具有很大的挑战，成为相关技术应用的瓶颈。这方面的应用研究在国际上还不是很多，国内基本上还没有类似的研究。可以检索到的研究主要有4个案例美国UNC的GigaWalk系统采用模型简化、LOD(Level of detail)、可见性剔除、模型分割、动态存储调度等技术，但仅能实现8千万三角面片的实时可视化。意大利CRS4的FarVoxels系统采用模型简化、L0D、可见性剔除、模型分割、动态存储调度，另外引入了离线光线跟踪预处理、GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器) 加速等技术，但离线光线跟踪预处理需要大量时间。德国Garland的OpenRT系统采用的是模型分割、动态存储调度、实时光线跟踪等技术，无需离线光线跟踪预处理，但需要运行在64位的Linux操作系统。美国的Utah的Manta系统采用了并行计算执行实时光线跟踪算法，提高了显示精度，可以实现透明、剖切、隐藏等可视化效果，但需要运行在1 个处理器、256GB内存的超级计算机。已有的这些研究普遍存在一些问题第一，只能可视化静态场景的模型，而且破坏了 CAD模型的装配树；第二，对软硬件的要求较高。因此有必要开发一套通用、高效的大数据量CAD模型实时绘制算法与系统。本专利技术所提出的大数据量CAD模型则可以在普通计算机上实现大数据量CAD模型动态场景的模型，而且可以完整保留装配树信息，具有快速自动预处理技术、实时自适应绘制的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于普通计算机的大数据量CAD模型实时绘制方法，该方法具有可绘制大数据量、动态场景、完整保留装配树信息CAD模型的特点。本专利技术提供的技术方案是一种针对大数据量CAD模型实时绘制方法，具体是同时采用基于细节层次LOD技术的快速自动生成预处理技术、实时自适应绘制技术。虽然LOD 技术提出已经有很多年了，但是一直没有形成比较系统的快速自动生成预处理方法以及实时自适应绘制方法。本专利技术提出一种大数据量CAD模型实时绘制方法，包括两部分，即LOD快速自动生成预处理及LOD实时自适应绘制。其中，LOD快速自动生成预处理，包括如下步骤(1)统计CAD模型所有零部件总的三角面片的数量Nm。(2)根据目标绘制计算机所能实时绘制的三角面片数量Nrento，根据一定的等比简化比例q(0 < q < 1，一般建议q取25% )简化关系计算需要几个LOD等级Νω )。 Nlod = In (Nrender/NTri)/Inq0(3)对每一个零部件按照上述的一定的等比简化比例q(如25% )生成所需LOD 等级数量Nmi的简化模型直至模型面片数小于给定值。(4)保存生成的LOD模型。其中，所述的CAD模型的零部件是指遍历飞行器大数据量CAD模型装配树的每一个节点，对每一个节点视为一个零部件进行简化与LOD生成。其中，模型简化算法可以采用任何一种有效的简化算法，简化后的模型作为一个精度等级的LOD模型。其中，简化后的模型还需要再按照原CAD模型的装配树进行装配，即保证了不会对装配树造成破坏。其中，LOD实时自适应绘制，包括如下步骤( 加载经上述四个步骤生成的所有的LOD模型，初始LOD模型可以选择最低精度等级以提高加载速度以及初始绘制速度。(6)依次绘制所有LOD模型，然后通过图形硬件的遮罩查询功能统计每一个在屏幕上可见的LOD模型在屏幕上显示的几何像素数量。(7)对于可见的LOD模型，计算其几何模型LOD面片密度，并插入、更新到几何模型 LOD面片密度列表队列。注意这里只有可见的几何模型才加入列表。(8)所有LOD模型绘制结束后，通过查询绘制时间得到系统是否达到最大负载，若是，则将面片密度值最小的LOD模型精度降低一个等级，直至最低精度等级，再处理下一个面片密度值次小的LOD模型。反之，则将面片密度值最大的LOD模型精度提高一个等级，直至最高精度等级，再处理下一个面片密度值次大的LOD模型。最后更新面片密度队列。(9)若系统没有结束绘制，则执行步骤(6)，否则退出。其中，步骤(7)所述的面片密度是按照下面的公式计算的，其中Pmi表示零部件的面片密度，Npixels表示零部件当前LOD精度等级的模型在屏幕上显示的像素数，Nt表示零部件当前LOD精度等级的模型包含的三角面片数。P L0D = NPixels/NT其中，步骤(8)所述的系统最大负载是指计算机最多能够实时绘制的三角面片数目，每一个计算机都不同，通过实验运行测定，如果系统实时绘制的帧刷新率小于30帧每秒，则说明系统当前绘制的三角面片数Nt超过了系统最大负载。减少Nt直至系统实时绘制的帧刷新率达到30帧每秒，此时系统当前绘制的三角面片数Nt即为最大负载所能够实时绘制的三角面片数目。本专利技术优点及功效在于可以使得大数据量CAD模型则在普通计算机上实现大数据量CAD模型动态场景的模型，而且可以完整保留装配树信息，具有快速自动预处理技术、 实时自适应绘制的特点。附图说明图1是本专利技术中CAD模型简化原理图。图2是本专利技术所述的LOD快速自动生成预处理流程。图3是本专利技术所述的LOD示意图。图4是本专利技术所述的LOD实时自适应绘制流程。图中:1、L0D精度等级1，2、LOD精度等级2，3、LOD精度等级3，4、LOD精度等级4，5、面片密度较大的零部件，6、面片密度较小的零部件。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。一种大数据量CAD模型实时绘制方法，包括两部分，即LOD快速自动生成预处理及 LOD实时自适应绘制。其中，LOD快速自动生成预处理，包括如下步骤(1)统计CAD模型所有零部件总的三角面片的数量Nm。(2)根据目标绘制计算机所能实时绘制的三角面片数量Nrento，根据一定的等比简化比例q(0 < q < 1，一般建议q取25% )简化关系计算需要几个LOD等级Νω )。Nlod = In (Nrender/NTri) /lnq。(3)对每一个零部件按照上述的一定的等比简化比例q(如25% )生成所需LOD 等级数量Nmi的简化模型直至模型面片数小于给定值。(4)保存生成的LOD模型。其中，所述的CAD模型的零部件是指遍历飞行器大数据量CAD模型装配树的每一个节点，对每一个节点视为一个零部件进行简化与LO本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种大数据量ＣＡＤ模型实时绘制方法，其特征在于：该方法包括两部分，即ＬＯＤ快速自动生成预处理及ＬＯＤ实时自适应绘制；其中，ＬＯＤ快速自动生成预处理，包括如下步骤：（１）统计ＣＡＤ模型所有零部件总的三角面片的数量ＮＴｒｉ；（２）根据目标绘制计算机所能实时绘制的三角面片数量Ｎｒｅｎｄｅｒ，根据一定的等比简化比例ｑ简化关系计算需要几个ＬＯＤ等级ＮＬＯＤ；该一定的等比简化比例为０＜ｑ＜１；ＮＬＯＤ＝ｌｎ（Ｎｒｅｎｄｅｒ／ＮＴｒｉ）／ｌｎｑ；（３）对每一个零部件按照上述的等比简化比例ｑ生成所需ＬＯＤ等级数量ＮＬＯＤ的简化模型直至模型面片数小于给定值；（４）保存生成的ＬＯＤ模型；其中，ＬＯＤ实时自适应绘制，包括如下步骤：（５）加载经上述四个步骤生成的所有的ＬＯＤ模型，初始ＬＯＤ模型选择最低精度等级以提高加载速度以及初始绘制速度；（６）依次绘制所有ＬＯＤ模型，然后通过图形硬件的遮罩查询功能统计每一个在屏幕上可见的ＬＯＤ模型在屏幕上显示的几何像素数量；（７）对于可见的ＬＯＤ模型，计算其几何模型ＬＯＤ面片密度，并插入、更新到几何模型ＬＯＤ面片密度列表队列；（８）所有ＬＯＤ模型绘制结束后，通过查询绘制时间得到系统是否达到最大负载，若是，则将面片密度值最小的ＬＯＤ模型精度降低一个等级，直至最低精度等级，再处理下一个面片密度值次小的ＬＯＤ模型；反之，则将面片密度值最大的ＬＯＤ模型精度提高一个等级，直至最高精度等级，再处理下一个面片密度值次大的ＬＯＤ模型；最后更新面片密度队列；（９）若系统没有结束绘制，则执行步骤（６），否则退出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵罡，谈敦铭，卢鹄，庞微，余路，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，上海飞机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：11