(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210888187.8 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七二四研 究所 地址 210003 江苏省南京市中山北路346号 (72)发明人 姚坤　邓又琦　 (51)Int.Cl. G06F 30/12(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06T 15/20(2011.01) G06T 15/04(2011.01) (54)发明名称 一种基于PBR流程的产品高精度数字仿真方 法 (57)摘要 本发明提出了一种基于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MA YA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。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115292773 A 2022.11.04 CN 115292773 A 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Thick ness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流程的产品高精度数字孪生仿真方法， 其特征在 于： 所述步骤S3包括： 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； S32： 对多边形模型进行UV拆分。 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： 所述步骤S5包括： 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； 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； 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； S54.表面划痕层： 利用rati o_grunge_scratc hes_rough贴图为模型 添加表面划痕； 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； S56.灰尘污渍层： 利用MG  dirt生成器和A mbient 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 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115292773 A 2一种基于PBR流程的产品高精度数字仿真方 法 技术领域 [0001]本发明属于计算机图形 学领域。 背景技术 [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 ‑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。 发明内容 [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， 本发明提出了一种基于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]本发明主 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、 Positi on及Thick ness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：说　明　书 1/4 页 3 CN 115292773 A 3