(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 202210722116.0 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 康鹏飞　李迪　张春华　王世勇　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 郑秋松 (51)Int.Cl. G06F 8/38(2018.01) G06F 8/65(2018.01) G06F 9/445(2018.01) G06F 9/50(2006.01) G06F 16/27(2019.01)G06F 30/10(2020.01) G06T 15/00(2011.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 基于云原生面向工业应用场景的数字孪生 体组件驱动方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于云原生面向工业应 用场景的数字孪生体组件驱动方法， 该方法包括 下述步骤： 构建基于云原生的数字孪生体组件， 采用基于XML框架的Collada格式文件作为数字 孪生体组件的数据格式， 将物理对象的运动学数 据与物理数据以元素定义标签的方式存储； 通过 数字孪生体组件的Collada文件的加载类将数字 孪生体组件部署在云端环境， 根据数据源数据对 数字孪生体组件进行数据更新， 更新后的数字孪 生体组件数据进行渲染， 可视化到云端环境， 循 环更新数字孪生体组件的数据， 实现对数字孪生 体组件实时驱动。 本发明实现精确的数字化控 制， 支持数字孪生体组件多维度数据的存储、 方 便对其在云端快速部署、 开发、 更新和运维协同 合作。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 115098100 A 2022.09.23 CN 115098100 A 1.一种基于云原生面向工业应用场景的数字孪生体组件驱动方法， 其特征在于， 包括 下述步骤： 构建基于云原生的数字孪生体组件， 采用基于XML框架的Collada格式文件作 为数字孪 生体组件的数据格式， 构建面向工业应用场景的数字孪生体组件的Collada架构， 将物理对 象的运动学数据与 物理数据以元素定义标签的方式存储， 通过标识符的方式描述各个库数 据间的引用关系以及与其 他数字孪生体组件的组合层次关系； 通过数字孪生体组件的Collada文件 的加载类将数字孪生体组件部署在云端环境， 遍 历数字孪生体组件下的所有标签数据， 根据数据源中的数据对数字孪生体组件的数据进 行 更新， 通过矩阵变化得到数字孪生体组件在云端环境下新的齐次坐标， 对更新后的数字孪 生体组件的数据进 行渲染， 可视化到云端环境， 不断循环更新数字孪生体组件的数据， 实现 对数字孪生体组件实时驱动。 2.根据权利要求1所述的基于云原生面向工业应用场景的数字孪生体组件驱动方法， 其特征在于， 数字孪生体组件的结构数据包括： 视觉场景库、 几何结构库、 模型功能库、 模型 材料库、 运动学模型、 运动学系统库、 运动学场景、 物理场景和物理模型； 几何模型库中的网格数据复制由三维建模软件生成的网格数据。 3.根据权利要求2所述的基于云原生面向工业应用场景的数字孪生体组件驱动方法， 其特征在于， 视觉场景库当中通过node定义视觉场景， node为视觉场景中的一个结点， 视觉 场景库设有： 引用结合结构库、 引用的模型材料库以及表达数字孪生体组件结构组分在视 觉场景中的组合层次关系的子节点； 其中引用结合结构库将几何结构的网格数据实例化到视觉场景， 引用的模型材料库将 几何结构的网格数据实例化到 视觉场景中； 几何结构库中包括模型各个组成结构的网格数据， 所述网格数据包括结构点数据信 息、 三角关系数据和顶点数据； 模型功能库存 储数字孪生体组件的材质数据； 模型材料库包括模型各个组件结构的引用材质数据， 所述引用材质数据引用模型功能 库当中存 储的材质数据； 运动学模型库通过Jo int和Link定义数字 孪生体组件结构组分的运动结构参数； 运动学系统库包括元素定义标签motion和元素定义标签kinematics， 元素定义标签 motion包括每个结构的物理模 型标识以及每个运动中心轴的物理系统参数， 元素定义标签 kinematics包括每 个结构的运动学模型 标识以及每 个中心轴的信息； 运动学场景库通过定义参数约束到所引用运动学系统 的信息， 在运动学场景中实例化 运动学系统。 4.根据权利要求1所述的基于云原生面向工业应用场景的数字孪生体组件驱动方法， 其特征在于， 所述 根据数据源中的数据对数字 孪生体组件的数据进行 更新， 具体步骤 包括： 结合数据源通过运动学模型库中的Joint关节信 息元素标签下的关于该组件的所有运 动学数据的更新， 对数字 孪生体组件进行运动控制； 结合补间动画方法， 在获取新的数据源后， 定位到当前数字孪生体组件需要修改运动 学数据标签， 搜索该 数字孪生体组件下 所有定义 为非静态的Jo int关节信息元 素标签； 若判定为非静态关节， 则将数据源中该关节的数据参数变量传递给当前的非静态关节权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115098100 A 2角度参数， 设置为新的变量， 将当前变量以及补 间动画参数传递给数字孪生体组件动画方 法， 通过矩阵变化对数字孪生体组件的网格数据进行更新， 得到数字孪生体组件在云端环 境下新的齐次坐标。 5.根据权利要求1所述的基于云原生面向工业应用场景的数字孪生体组件驱动方法， 其特征在于， 所述通过矩阵变化得到数字孪生体组件在云端环境下新的齐次坐标， 采用四 维矩阵对数字 孪生体组件的网格坐标 数据进行变换， 具体 计算公式表示 为： 其中， Wij为四维变换矩阵， C为缩放参数， X， Y， Z分别为在世界坐标系下的相机坐标参 数， Xx， Xy， Xz分别为X轴向量的三个基向量， Yx， Yy， Yz分别为Y轴向量的三个基向量， Zx， Zy， Zz 分别为Z轴向量的三个 基向量； Wnew＝Wbase*Wij Wnew为变换得到的新的数字孪生体组件的网格坐标数据， Wbase为基础数字孪生体组件的 网格坐标 数据。 6.根据权利要求1所述的基于云原生面向工业应用场景的数字孪生体组件驱动方法， 其特征在于， 所述对更新后的数字孪生体组件的数据进行渲染， 通过封装好OpenGL、 WebGL 和着色器的three.js库提供的渲染器render接口， 对 更新后的数字孪生体组件的网格数据 重新进行渲染。 7.一种基于云原生面向工业应用场景的数字孪生体组件驱动系统， 其特征在于， 包括： 数字孪生体组件构建模块、 云端部署模块、 运维协同模块、 数据更新模块和可视化模块； 所述数字孪生体组件构建模块用于构建基于云原生的数字孪生体组件， 采用基于XML 框架的Collada格式文件作为数字孪生体组件的数据格式， 构建面 向工业应用场景的数字 孪生体组件的Collada架构， 将物理对象的运动学数据与物理数据以元素定义标签的方式 存储， 通过标识符的方式描述各个库数据间的引用关系以及与其他数字孪生体组件的组合 层次关系； 所述云端部署模块用于通过数字孪生体组件的Collada文件的加载类将数字孪生体组 件部署在云端环境； 所述运维协同模块用于实现数字孪生体组件在 云端环境的运维协同， 不断循环更新数 字孪生体组件的数据， 通过后台运动控制方法对数字 孪生体组件进行驱动； 所述数据 更新模块用于更新数字孪生体组件在 云端环境的网格坐标数据， 遍历数字孪 生体组件下 的所有标签数据， 根据数据源中的数据对数字孪生体组件的数据进行更新， 通 过矩阵变化得到数字 孪生体组件在云端环境下新的齐次坐标； 所述可视化模块用于实现数字孪生体组件在 云端环境可视化， 对更新后的数字孪生体 组件的数据进行渲染， 可视化到云端环境。 8.一种计算机可读存储介质， 存储有程序， 其特征在于， 所述程序被处理器执行时实现 如权利要求1 ‑6任一项所述基于云原生 面向工业应用场景的数字 孪生体组件驱动方法。 9.一种计算设备， 包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115098100 A 3