3D 图形引擎HOOPS为数字孪生提供核心动力

发布时间 : 2022-05-09 11:24:52.197|阅读 66 次

概述:近年来,数字孪生引起了人们的关注,它可以通过数字模型来改变世界,这些模型可以复制仿真各种对象和系统的活动。如果您想了解数字孪生,则需要研究3D图形引擎,本次我们以 Tech Soft 3D 的3D引擎工具HOOPS为例,对数字孪生时代的核心技术和调整进行讲解。

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元宇宙产业地图

近年来,数字孪生引起了人们的关注,它可以通过数字模型来改变世界,这些模型可以复制仿真各种对象和系统的活动。随着元宇宙(Metaverse一个描述互连虚拟空间集合的术语)的发展,势头正在进一步增长。与往常一样,深入了解这种“一夜之间暴热的现象”是有价值的。例如,如果您想了解数字孪生,则需要研究3D图形引擎,这是大多数数字孪生平台中的关键成分,但通常不会列在表面标签上。

Tech Soft 3D 的3D引擎工具HOOPS为例,它最初是在1980年代在康奈尔大学开发的。今天,用例已经发展到包括数据访问、分析和数据发布。与其他3D图形引擎一样,它极大地简化了应用程序开发工作流程,以渲染高度准确的工程动画并在不同工具之间交换数据。

HOOPS为许多早期的CAD和仿真工具提供支持,包括由Ansys、达索系统和PTC等当前数字孪生领导者收购或构建的关键产品。

一路走来,Tech Soft 3D 被Autodesk收购后分拆出来,从Adobe那里获得了关键的数据访问和发布技术,最近又收购了分析工具Ceetron和VKI,在行业竞争对手中提供了一种瑞士的工程解决方案。

今年,用于工程软件开发的Tech Soft 3D图形引擎工具进入了采矿业的两个新数字孪生产品——DataMine和MineRP——以及用于造船业的Napa数字孪生产品。这是在HOOPS平台上构建的数十种其他数字孪生工具、服务和应用程序之上。

Tech Soft 3D 的SDK工具通常是处于基于数字孪生的转型前沿的不同行业的新软件产品和服务的起点。这些包括游泳池设计、钣金弯曲和音乐会的轻型索具。这些公司通常会从其特定行业(例如采矿业)或是该行业的细微部分(如勘探、统计分析或项目和材料管理)中带来具体的理解、工作流程和算法。

“我们的愿景是帮助各种规模的工程软件公司进行创新。我们的工具包使客户的产品上市变得更容易、更快捷,”Tech Soft 3D开发者关系高级经理Jonathan Girroir告诉记者。


  数字孪生中3D数据动画的特征  

根据 Girroir 的说法,现代游戏和娱乐行业中的3D数据动画与数字孪生中的3D数据动画之间存在细微的差异。

“工程可视化侧重于准确性,而其他工具,如虚幻引擎(Unreal Engine)等娱乐工具,则侧重于视觉保真度,本质上是通过预处理来欺骗眼睛和照片写实。工程中的3D可视化需要准确,因为实际的工程决策是使用它做出的,”他说。“我们无法在某些工作流程中简化模型以提高性能,因为最终可能会使用它来完成测量。”

另一个显着差异是在工程应用程序中更难预处理数据。视频游戏引擎可以优化模型以在性能和视觉保真度之间取得适当的平衡。但在工程世界中,对象不断地以不同的方式被转换、移动、切割。动画帮助工程师通过复杂的分析做出更好的决策。

下一个里程碑是采用更逼真的渲染,将工程的准确性与基于GPU的现代技术相结合。例如,Tech Soft 3D最近增加了对基于物理的渲染(PBR)的支持,这是一种包含多个纹理描述、高级照明和环境效果的方法。Girroir表示,进一步支持照片级写实的图形硬件改进可能会影响CAE的工程SDK。


数字孪生的主要挑战

构建数字孪生的另一个关键挑战在于将数据从一种文件格式准确转换为另一种文件格式。如果将一种格式的曲面或三角形网格转换为另一种格式时,其近似不正确,则可能会遗漏各种问题。

在跨类似类型的工具进行转换/翻译时会出现同样的问题,而且在跨各种功能进行转换/翻译时也会出现同样的问题。机械、电气和流体动力学设计都始于表示同一事物的数据的不同方式。

例如,在采矿业中,工程和财务团队可能希望将矿床的地质建模与矿山结构分析相结合以保护工人,并与电灯、泵和风扇的电气工程相结合,以确定如何安全地成本最低的采集矿物。矿山也不是同质的,可能由多种矿物组成。随着市场的变化,数字孪生允许团队优先考虑不同矿石的开采工作。而HOOPS Exchange可以通过单个界面即可读取和写入30多种CAD文件格式,无需依赖任何CAD系统


共享3D图形引擎数据

“用于创建、增强和导航数字孪生的软件工具市场现在正在爆炸式增长,”Girroir说。“用户需要交互式3D模型及其附带的所有数据,包括实时物联网、文档、检查计划和数据、维护记录以及其他相关信息。”

他预计,随着软件供应商、系统集成商和创新者在地球科学、制造、运输、航空航天、农业、生物科学以及建筑和施工领域的扩展,数字孪生工具的应用范围将不断扩展。但是,过渡和实施这些工具取决于各个组织。当前的问题集中在如何让这些行业的组织者相信数字孪生的好处,帮助他们实施新的工作流程并管理整个企业的变革。

Girroir认为下一个前沿是通过手机、平板电脑甚至AR眼镜等位置感知设备跨系统共享数字信息。他建议云宇宙和数字孪生应围绕3D环境进行互补。

“元宇宙将影响大多数行业的工作流程,为工人提供比以往更多的信息和背景,”他说。

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