[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

权利要求书

1.数字孪生驱动的实时渲染方法，其特征在于：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；

S2：MES系统订单投放，基于数字孪生技术，实时获取生产线的工艺信息数据，并进行数据整合和清洗分析，建立管控系统的数据库，管控系统的数据库用于实时动态地存储经数据整合和清洗分析的工艺信息数据；

S3：管控系统的数据库从工艺信息数据提取出实时的工艺加工特征信息、工艺渲染信息和工艺设计背景信息进行工艺相似性计算，从工艺知识图谱网络之中选定最相近的工艺对象实体；

S4：在三维近物理虚拟仿真设计的开放式信息集成平台上，将正在或者即将进行加工的在制品数字化模型的加工表面独立分割成为一个三维网格对象，并根据生产线的工艺信息数据，得到加工刀具的运行路线以及加工位置，实时动态地将三维网格对象进行UV展开，然后对已经展开的UV图的各个加工区域进行参数化；

S5：通过管控系统的数据库获取在制品上正在进行的工艺的进度、加工刀具的种类位置速度，实时动态地从选定最相近的工艺对象实体之中获取对应工艺进度的表面形状、颜色、粗糙度、光泽度信息，同时获取场景中各个光源的光照信息、环境参数以及标准离线渲染效果图，进行实时PBR渲染，得到各个工艺区域的实时渲染图；

S6：将各个工艺区域的实时渲染图与工艺特征模型中储存的对应标准工艺离线渲染图一起输入SSIM算法之中进行相似度匹配，同时将该SSIM算法表达式作为粒子群算法的适应度函数表达式，迭代执行实时渲染操作、SSIM算法的相似度匹配操作以及粒子群算法操作，以进行渲染效果的比对验证和渲染参数的迭代优化，得到对应工艺的实时渲染和离线渲染图之间的匹配度；

S7：实时对比在迭代过程中该工艺的实时渲染图和储存在工艺特征模型中的离线渲染图之间的匹配度，选出匹配度最大的渲染参数作为目前状态下该工艺的最优PBR渲染参数，将最优PBR渲染参数上传到管控系统之中的数据库之中进行存储，并更新工艺特征模型中对应工艺的PBR渲染参数数据；结合最相近的工艺对象实体，利用后处理Post-Processing的方式，向渲染引擎提交多次针对在制品的数字化模型的渲染信息，最终该工艺区域用最优PBR渲染参数将在制品数字化模型在直接光照条件下的工艺加工特征以近物理的方式渲染表征出来；

S8：向第三方开源预渲染库传入间接光照参数，实时将环境光照渲染成辐照度图作为环境贴图传入渲染引擎的着色器，再利用双向反射率分布函数在环境贴图上进行像素级遍历并计算对应的间接光照计算因子，将间接光照计算因子与对应的PBR渲染参数进行向量乘法计算，得到在制品数字化模型上反映出其所处环境的变化效果；

S9：将步骤S7得到的直接光照结果和步骤S8得到的间接光照结果进行向量加法计算，得到实时PBR渲染加工工艺效果。

2.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的实时渲染方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立工艺特征模型的过程为：

S11：收集经典工艺相关知识，形成工艺知识库；

S12：归纳各种工艺的加工特征、工艺渲染信息以及工艺设计背景，形成以工艺特征向量为基础储存各种信息的工艺特征模型＝{PC，PDB，PRI}，其中PC代表工艺加工特征；PDB代表工艺设计背景信息；PRI代表工艺渲染信息。

3.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的实时渲染方法，其特征在于，所述步骤S3的过程为：

S31：从管控系统的数据库中提取的工艺特征信息、工艺渲染信息以及工艺设计背景信息，并以特征向量的形式组织起来；

S32：按照离散化时间为单位组织形成工艺相似性表格，纵列为从特征向量组织中的各项工艺信息属性，横行为工艺知识图谱网络中的各个工艺对象实体；

S33：利用余弦相似性公式，计算出各项工艺信息属性与工艺知识图谱网络中各个工艺对象实体对应的工艺信息属性匹配度，完成工艺相似性表格；

S34：通过加权均值计算得到各个工艺对象实体与正在进行的工艺之间的相似度，相似度最高的工艺对象实体选定为最相近的工艺对象实体。