如何让XR快速赋能制造业 | 3.“3D模型标准的差异

对于当今制造行业来说,从军用战斗机、航天飞行器到民用的工程机械、汽车、电器、生活用品等产品,绝大部分已经使用“计算机辅助设计”软件(CAD工具)来进行设计和管理。比如一辆汽车在设计阶段,设计师通过CAD软件已经构建了3D仿真模型,里面包含了数十个系统、上千根管线、上万件零件,以及生产加工时所需的各种数据。这些庞大而复杂的数据信息以多种专属的文件格式存储在计算机上,就好像我们日常拍照常用文件格式JPEG、TIF、RAW等格式一样。

下面这张图片展示了工业级CAD模型消费级VR模型应用差异:

左侧展示的画面是工业级别的CAD模型,使用非常专业的CAD设计软件来构建产品原型,像这些很专业的工具一般是高级设计师才会懂得如何使用,里面包含了大量的生产数据、精确的形态参数、复杂的结构信息等。当设计师做好这些产品的原型设计之后,希望快速将它变成VR的体验内容,应该怎么办呢?其实需要经过经过一个比较复杂的过程,主要包括格式转换、构建三角形网格,优化结构等复操作,最后输出的结果就是右手边的场景画面。一位用户戴上VR头显设备,正在很愉快地体验一辆崭新的汽车产品。她在导购人员的引导下可以随意替换汽车外观颜色、各种功能配置,以及仿真试驾体验等操作。

我们再通过下面的图片,来看看CAD模型与VR模型之间的详细区别在哪里:

在图中左侧的汽车模型,它属于工业级CAD模型,数据可以直接投入到生产线去生产的。它不需要面向消费体验展示,因此画面缺少光影细节、阴影、反射、高光等效果。左侧的这个汽车放大的局部只有一些线和颜色,看上去细节很简单。因为CAD模型数据量非常大,对硬件设备的要求非常高,一般的消费级显卡是无法观看的。它只能应用在工业设计场合,在消费级的PC端、移动端以及网页端很则无法使用。

在图中右侧的汽车模型用于消费级展示的3D模型,它就是针对消费体验的量身定做的。虽然它的数据不能投入生产,但是它的画面效果非常真实,可以达到照片级别。右手边这一幅展示的图片,汽车它的反光、光影的效果都非常逼真,所以它还可以支持PC端、移动端以及网页端。

正所谓术业有专攻,刚才提到CAD模型和VR模型主要针对工业制造与消费体验两个不同的使用场景。它们之间巨大的差异,也体现在用户使用的硬件设备上的差异,包括专业图形工作站、个人电脑,而后者主要是移动平板电脑、移动手机几大类。它们在相同时间里计算三角面的速度和数量是有非常大区别的。比如当我们观看一段4K高清晰3D内容和普通2K标清3D内容所需要的运算量肯定是不一样的。前者对于显卡GPU的运算能力要求更高,速度要求更快,这样才能保证清晰流畅的用户体验,否则用户就会看到画面出现延迟卡顿、图像模糊、马赛克等问题。这些体验都会让人觉得难以接受。

为了能够保证产品展示的3D模型适应不同的硬件终端都能流畅运行,我们需要对模型的精度进行分级优化处理,构建出多组3D模型。针对不同运算能力的硬件设备,会有相应的3D模型对应,每个所包含的三角面总数都会不一样。采用这种差异优化方法,我们就可以得到理想的展示效果,确保用户拥有流畅的交互体验。

当设计师需要将CAD模型制作成AR/VR内容时,需要进行一个复杂的转换过程。它主要分为两个步骤:

第一步,将CAD模型转换为新的三角面3D模型。

由于AR/VR内容的3D模型主要服务于交互和效果展示,因此在进行CAD模型转换为3D模型过程时,只保留了产品相关的外形和结构信息,用于生产的数据信息则会被忽略删除。

第二步,对新的3D模型进行减面、展UV、烘焙处理。

我们已经从CAD模型中得到了产品的外形和结构信息,接着就需要根据用户使用场景差异来构建合适的3D产品模型。这里提及到一些难以理解的行业术语:减面、展UV、烘焙。简单来讲就是为了兼容各种硬件设备而制作相应的3D模型,使用户能够获得最佳的用户体验。

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