[发明专利]数字孪生驱动的实时渲染方法、系统和计算机可读介质

说明书

本发明公开了数字孪生驱动的实时渲染方法、系统和计算机可读介质。通过利用数字孪生技术，针对不同产线工艺的差异化需求，实时动态获取正在被观察的工序过程的工艺参数、渲染参数以及其他相关信息参数，通过相似性计算推送并提取最相近的典型工艺知识，从而精准快速地将对应工艺的物理特征用PBR实时渲染方法予以快速渲染呈现到数字孪生系统中的数字化模型上，使数字孪生系统的数字化模型在各个工序的运维过程中可以更加逼真准确地动态可视化地表征各种工艺特征，也更加贴近实物设备和在制品在物理空间中的真实形态，辅助进行各类工艺的工序流程控制；同时也可以作为工艺相关视觉检测等领域的高逼真基准参考，辅助提高其识别精度和准确性。

技术领域

本发明涉及图像渲染技术领域，尤其涉及数字孪生驱动的实时渲染方法、系统和计算机可读介质。

背景技术

渲染是指将三维场景中的模型，按照设定好的环境、灯光、材质及渲染参数，二维投影成数字图像的过程。随着数字孪生技术的发展，需要渲染的场景规模在不断增大的同时也变得更加复杂，对渲染效果与正式场景的相似程度以及对于工艺特征的表征准确程度提出了更高的要求。与此同时，3D计算机图形学也得到了迅速的发展，特别是近些年来，在GPU半导体工艺和各种3D应用的推动下，图形学中的一个重要分支--实时图形学发展尤为迅速。因此，实时渲染技术得到了广泛应用。其中，基于物理的渲染方法(Physically-BasedRendering,PBR)是近年来广泛使用的一种实时渲染方法，与之对应的材质体系被称为PBR材质体系，该PBR材质体系包括base color,metallic,roughness,specular等参数。

典型工艺是指企业为了生产典型零件而制定的较为普遍的工艺，只需要对典型工艺路线进行部分修改，就能够生产与典型零件相近的零件，从而提高企业的生产效率，但实际生产中却存在着工艺路线过多和典型工艺提取不够精确的问题。

为了实现在渲染引擎中实现实时渲染，常规的方案包括：

(1)直接使用布林-冯光照着色模型对数字化模型进行实时渲染，从而在大致的效果上表达这个材质在近物理PBR渲染中的表现形态，从而更加贴近实物设备和在制品在物理空间中的真实形态。这种渲染方法存在的问题是，由于材质表面只有漫反射效果，材质的表现力非常差，导致渲染效果表现不佳；

(2)目前对于PBR材质渲染的各项相关参数只能通过人工调整或者绘制对应参数的贴图进行调整，使实时渲染效果与实物设备和在制品在物理空间中的真实形态尽可能的逼近，这种渲染方法存在的问题是，操作较为复杂，需要大量的人工操作或者专业的贴图绘制人员，无法从工艺知识库中实时获取到相关参数进行动态绘制，并且得到的渲染结果也并不能在效果上完全的与实物设备和在制品在物理空间中的真实形态对应上；

(3)使用烘焙的方法，将物体受到的光照信息预先烘焙到固定的位置上，从而跳过实时渲染所需的材质参数的限制，直接将最终结果预计算好，保存在烘焙贴图上，最终在实时渲染展示的时候，直接从这张烘焙贴图中读取所需的数据进行展示。这种烘焙方法的缺陷是，使用成本高，非常耗时，并且生成的烘焙贴图受场景的光照条件以及物体位置的限制，一旦场景灯光的位置、方向或是强度，物体位置发生移动或是旋转，或是材质属性发生改变，烘焙贴图就失去了物理真实的意义，需要重新进行烘焙，才能展现出具有物理意义的道染结果。

发明内容

本发明的目的在于提出数字孪生驱动的实时渲染方法、系统和计算机可读介质，以解决上述问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

数字孪生驱动的实时渲染方法，包括以下步骤：

S1：建立工艺特征模型，所述工艺特征模型用于存储各种经典工艺的加工特征信息、工艺渲染信息和工艺设计背景信息，然后利用图数据库技术对工艺特征模型进行储存归纳，形成工艺知识图谱网络；