實時渲染的案例
結構變形監測與三維實時渲染技術
以前做結構試驗的時候我常常想，如果我們采集的數據能實時渲染成像有限元軟件那樣的云圖就好了，這樣我的仿真和試驗對比起來更加直觀方便。
限于當時的知識所限，我們拿到采集器和傳感器只是學會了怎么用，具體怎么搞出實時三維可視化是完全沒有概念的。
近年數字孿生的概念比較火，也燒到了我們傳統的結構試驗領域。我們能做仿真，也能做試驗，可是怎么孿生呢？孿生的用途是什么呢？這么好的概念，我該怎么用起來呢？
本文就以機翼靜力試驗為例，對如何實現數據采集過程的三維渲染以及可能的數字孿生方向，做一個探討。
機翼2.5g靜力試驗
圖來源：《Static Loads Testing of a High Aspect Ratio Tow-Steered Wingbox》
機翼變形數據采集方法
以位移為例，目前大家用的比較多的方法是將位移計接到采集器上，然后采集器和電腦連接，實時回傳數據到電腦端的測控軟件。流程如下：
我們想自己完成三維實時渲染，就需要我們自己和采集器進行通信，從而掌握數據的實時控制權，而不是借助廠家封裝好的軟件。也就是說我們要自己編寫一個上位機軟件。
采集器通信方法
不同廠家的設備通信方式不同，用的比較多的有：
（1）TCP（含Modbus TCP）：設備和計算機通過網線連接，創建TCP連接后，用指定的指令或者“報文”實現“開始采集”、“停止采集”、“接收數據”等功能。
（2）串口：設備和計算機通過USB連接，通過識別串口連接，通信方法與TCP類似。
一般我們購買采集器的時候，廠家都會提供通信指令，這個不復雜。比如東華測試的采集器，我們用的比較多，也比較穩定。
展開 SpaceClaim 不愧是神器，助力產品的極速渲染！
那么開源的Blender偏CG軟件，在2.8版本開始發布了全新的實時渲染引擎EEVEE！但是Blender無法直接打開STP文檔，在其他類似Creo三維軟件中導出obj格式，還得需要繁瑣的賦予不同材質去分離，或者分離過于破碎需要重新進行組合，
而本身早就有Cycles ， Blender內置的光線追蹤渲染引擎，能夠輸出電影級別的渲染效果圖或者動畫。而且Cycles 具有如下的特點：
多重采樣的單向光線追蹤
SIMD 加速的多核心CPU渲染
支持NVidia CUDA & AMD OpenCL的GPU渲染
支持多重GPU
用于 CPU 和 GPU渲染的統一渲染核心
而得力于新的EEVEE引擎，為離線渲染和實時渲染之間搭建起了橋梁! 現在可以更好的在視口內實時預覽 Cycles 光影效果，極大的提升了光影和紋理的處理速度.
eevee是blender的實時渲染引擎，應用 OpenGL 技術來實現，專注于速度和交互性，同時實現了渲染 PBR 材質的目標。Eevee可以在3D視口交互使用，也可以生成高質量的渲染效果。
3D視窗里的eevee效果 -- 由Daniel Bystedt制作的“Tiger”作品截圖。
eevee使用的和cycles相同的著色器節點，從而易于渲染現有場景。對cycles用戶來說，可以在cycles渲染成品前使用eevee預覽材質效果來加快作圖效率。
和cycles不同的是，eevee并不是光線跟蹤引擎。它使用的是通過光柵化的多種算法來估算光線與物體材質作用的方式，并不像cycles基于物理光線跟蹤來計算每個光線的反彈。盡管eevee在設計上使用 PBR 的著色材質，但它并不完善，并且Cycles渲染器提供物理上更加精確的渲染，因為Eevee使用光柵化渲染所以有很大的 限制 。
展開 自動駕駛系統中視覺感知模塊的安全測試
圍繞場景驅動的視覺感知模塊的黑盒安全測試,學術界已經有了初步探索．在場景測試方法當中,基于實時渲染引擎的一系列測試方法由于其場景生成的靈活性受到了廣泛關注．最初,基于實時渲染引擎的場景驅動的安全測試采用的是基于預定場景的測試思路．其中的代表性工作是CARLA０．８．X,該工作使用UnrealEngine創建用以測試系統的固定駕駛線路．接著,Scenic等人提出了一種場景生成的編程接口,以使此類測試程序更加系統化,奠定了靜態的基于場景測試的基礎．然而,其模擬環境較為固定,缺乏動態行為,同時對于非實體對象(如天氣)的描述缺少自由度．基于實時渲染引擎的場景驅動的安全測試的最新工作,Paracosm在Scenic的基礎上,提出了基于隨機搜索的動態場景生成方法來進行視覺感知模塊的安全測試．由于該動態場景搜索方法相對簡單,對待測試視覺感知模塊的適應性不足,因此,安全問題的搜索過程不夠高效．本文在前述工作的基礎上,提出了一種基于結果反饋的動態場景搜索算法,從而提高了自動駕駛系統中視覺感知模塊的安全問題測試效率．更多細節將在1.5節進行詳細介紹．
展開 solidThinking Evolve 在產品造型設計中的應用
5.豐富的材質和高效的全局照明實時渲染引擎
軟件擁有完善的材質編輯器和全局照明技術，獨特的實時渲染功能使用戶能在產品視覺 化階段充分觀察產品的視覺效果，提高了渲染效率，同時也使設計師對燈光材質在變化過程中實時感受渲染的視覺效果，并可獲得產品展示或裝配過程的動畫文件。
3.solidThinkingEvolve產品創意設計案例分析
作者以一個成熟產品：法國時尚化妝品Dior冰火奇葩香水瓶形狀為參考：嘗試進行此 產品建模，并基于此模型在solidThinking Evolve中進行多種衍生方案的嘗試。
圖1 Dior香水瓶（圖片來源于網絡），以及作者參考該造型在Evolve中構建的模型
此模型基本建模步驟如下： 1.瓶體造型設計，運用功能強大的NURBS曲線工具繪制瓶體外形基本曲線，并使用曲線編輯工具編輯曲線節點。
圖2繪制基礎的NURBS曲線
2.旋轉曲線掃略出基本瓶體。使用曲面編輯工具調整節點使曲面達到設計形狀。
圖3通過曲線繪制的曲面，及調整曲面點后的造型
3.同上方法獲得瓶口和瓶蓋。
圖4繪制瓶口瓶蓋夠的模型
4.利用Evolve結構樹功能進行多方案衍生。
展開 
元宇宙的六大支撐技術
VR是模擬一個虛擬世界，利用計算機生成一種模擬環境，使用戶利用設備沉浸到該環境中，讓人有種身臨其境的感覺，強調用戶與虛擬世界的實時交互，從而帶來封閉式、沉浸式的虛擬世界體驗，這個虛擬世界不是我們直接就能看到，而是利用設備（比如戴上VR眼鏡）才能看到，故稱為“虛擬現實”。
AR是一種將現實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，它把原本在現實世界的一定旪間空間范圍內很難體驗到的實體信息（視覺、聽覺、味覺、觸覺、嗅覺等信息），通過計算機等科學技術，模擬仿真后再疊加到現實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗，現實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在，從而實現對現實世界的“增強”，故稱為“增強現實”。
VR和AR各自還沒有走到極致，然而已經有了融合的跡象，這就是MR。將現實世界和虛擬世界混合在一起，產生新的可視化環境，環境中同旪包含了現實物體與虛擬信息，并且必項是“實時的”，以增強用戶體驗的真實感，這被稱為“混合現實”。
目前用戶與AR、VR、XR、MR交互的方式主要有5種：以眼球追蹤為主的眼控交互，以自然語言為主的語音交互，以肢體為主的手勢交互和以神經元為主的腦機（接口）交互。
三、電子游戲技術
電子游戲技術的核心是游戲引擎，游戲引擎包含渲染引擎（即“渲染器”，含二維圖像引擎和三維圖像引擎）、物理系統、碰撞探測系統、光影、動畫、粒子特效、音效、腳本引擎、文件管理、網絡特性、編輯工具、插件、人工智能等，幾乎涵蓋了開發過程中的所有重要環節。
另一項重要技術就是實時渲染技術，人們在電腦、電規、手機、VR眼鏡里看到的3D物體，都是由2D的圖像整合形成的。渲染就是通過計算機視覺把3D模型轉換為2D圖像過程，好比在現實生活中對一個場景進行拍照或錄像。
展開 引領數字體驗未來：UI框架的圖形能力
眾所周知的一個例子是汽車顯示屏中的先進駕駛輔助系統（ADAS），它們越來越多地包含了實時渲染汽車在實際駕駛環境中景象的功能。為了向駕駛者提供對汽車周邊環境的清晰、無盲區視角，實體汽車的360度攝像頭輸入為渲染汽車所在的3D場景提供了信息。實時渲染出的反射、陰影和其他效果使得汽車儀表板上的3D場景與實際汽車環境幾乎無區別。
類似的應用程序在各個行業都在不斷開發中，這些應用程序利用實時3D圖形技術創建虛擬形象或數字孿生，通常應用于虛擬現實或增強現實領域。在醫療領域，3D圖形為器官和組織提供交互式可視化，可用于輔助診斷、手術規劃和醫學研究。在這里，診斷影像技術主要依賴于極具真實感的3D視覺效果，用來確定病因或確認診斷。
更廣泛地說，在各個行業中，高度詳細和精細的3D世界的呈現提高了安全性、增強了效率、降低了成本，并提高了產品或服務的整體質量。
顯然，開發這類視覺豐富的UI應用程序需要強大的2D和3D圖形設計工具以及能夠實時高保真顯示的渲染引擎。因此，從圖形功能的角度來看，UI框架包括了許多最先進圖形引擎所具備的典型特性。
HDR光照
高動態范圍（HDR）光照可以創建出高度詳細、生動且準確的逼真3D環境。HDR圖像捕捉和顯示的亮度和顏色范圍比傳統圖片更寬廣，為3D場景中更精確的光照和陰影計算提供了基礎，從而產生更真實、更富有動態的光照效果。
基于物理的渲染
通過采用基于物理的渲染（PBR）流程，UI框架確保了對材質和光照的更加精確和逼真的渲染，同時簡化了高質量圖形的創建。遵循這樣的標準（例如glTF格式規定的標準），UI設計師可以輕松實現與通用材質模型（如木材、皮革、橡膠、金屬等）的兼容。
展開 CAD 工程師應用 solidThinking 優化產品設計
摘要： CAE 拓撲優化發展至今已相當成熟，但使用 CAE 軟件需要有足夠的理論知識，故企業必須聘請專門之CAE工程師應用CAE軟件，使得CAE拓撲優化應用無法更加普及；Altair HyperWorks為CAE行業中之最佳軟件，將其 OptiStruct優化功能加入 solidThinking Inspire 中，發展成為簡單易用之優化軟件，用戶不需要任何 CAE 背景知識，只需對自家產品設計有一定的了解，即可透過 solidThinking Inspire 進行產品之結構優化設計；再者 solidThinking Evolve 具備實時渲染彩現功能， CAD 工程師完成產品機構設計后，可立即進行產品渲染提案，具體表現產品制作完成后之外觀樣貌。本文以龍門機床整機拓撲優化為例，說明 CAD 工程師如何透過 solidThinking Inspire 進行整機結構優化配置，并以 CAE 分析驗證其優化結果；再以焊接機外觀美學設計為例，說明 CAD 工程師如何 以 solidThinking Evolve 進行產品外觀彩現提案，讓 CAD 工程師充分利用 solidThinking 于產品設計流程中。
展開 Altair Inspire Render 2019.4更新功能
?更改鑲嵌質量時，改進了“施工歷史”重新計算的性能
?改進了繪制大型NURBS模型的性能
?在大型場景上開始交互式渲染時添加了進度條
?修復了跟蹤深度以在暗房信息中更新
?現在，已將Presto引擎啟用或禁用的設備保存在首選項中
?添加了相機運動模糊百分比和快門速度
?對動畫進行了修改，以提高文件創建速度
?Optix降噪器現在可用于所有渲染引擎
?現在在瀏覽器的“燈光”選項卡中列出了發射器
?從圖像平面去除陰影
?現在可以在交互式和實時渲染中看到等參線，以提高選擇的可見性
?各種錯誤修復和改進
三維可視化的應用前景
3.三維可視化系統的開發與實現
基于建模軟件、三維制作平臺、面向對象的編程語言，提供可視化系統的查詢分析、漫游瀏覽、實時渲染、在線發布等功能。系統設計主要分為數據收集、數據處理和編程實現幾個部分。
數據收集主要是利用衛星遙感圖像，利用數字原理圖、航拍照片、數碼相機、圖片紋理和測量手段獲取等高線，然后利用等高線數據，通過三維軟件建立虛擬現實的可視化模型。此外，使用相關軟件生成地形、地形模型后，可以將其導入三維可視化平臺，并使用應用程序和數據庫訪問和查詢空間數據。
如何閉環自動駕駛仿真場景，實現從“重建”到“可用”？
而 3DGS 通過顯式建模方法，巧妙避開了傳統神經網絡訓練中繁重的計算開銷，訓練速度大幅提升，渲染效率更高 。同時，3D 高斯點能夠捕捉場景中的每一處細節，實現高精度的三維重建，并且支持實時渲染。
然而，3DGS 并非十全十美。在面對極為復雜的三維場景時，為了精準還原每一處細節，可能需要海量的高斯點，這無疑會顯著增加計算負擔與內存消耗。并且，當前 3DGS 的應用主要集中于靜態場景的重建，如何高效且精準地處理動態場景中的物體變化，使其能夠實時、準確地反映動態物體的位置、形狀及運動軌跡等信息，仍然是擺在科研人員與工程師面前的一道技術難題。
三、基于 aiSim 的 3DGS 方案全流程
1、原始數據輸入與標準化
以多源傳感器采集為起點，通過相機、激光雷達、自車運動傳感器捕獲真實道路的圖像、點云、位姿數據。針對這些數據格式、精度、時間戳異構的問題，aiData 工具鏈通過標準化算法將第三方數據轉換為統一格式，從而確保點云、圖像、標定信息協同工作，確保后續處理工作正確運行。
2、3D 場景預處理
（1）3D 自動標注：在 aiData 工具鏈里，3D 自動標注依托多模態數據與算法流程實現。圖像、點云、毫米波作為多維度輸入，經核心算法模塊 Super MS2N 整合各模態特征，精準識別 3D 目標并生成標注框，明確目標邊界與類別，接著借 “非因果追蹤” 模塊跨幀關聯、優化軌跡，修正標注誤差，最終輸出高精度 GT 數據，為 3DGS 場景賦予準確語義關聯。
（2）2D 語義分割：針對圖像數據做語義分割，輸出分割標注，輔助 3D 場景的細節優化。
（3）相機位姿優化：校準、優化傳感器采集的位姿數據，確保 3D 重建時空間坐標的準確性，輸出精準位姿信息。
展開 Altair Inspire Studio 2019.4新功能
?新的螺旋曲線工具
?新截面曲線工具
?新的NURBS曲面編輯工具
?使用新的工作流程和功能更新了Lattice變形工具
?在“草繪”右鍵單擊菜單中添加了“剪切”，“復制”，“粘貼”和“無約束粘貼”
?在“草繪”右鍵單擊菜單中添加了“顯示構造幾何體”和“顯示約束”
?現在，“草圖繪制”中的“擴展”和“拆分”工具會保留約束
?在草圖繪制工具中添加了單行
?改進了為放樣和掃掠工具選擇單個線段和鏈選擇的能力
?PolyNURBS擠出軸機械手現在保持可見，以提供更好的參考
?為分割面添加了新的鏈選項
?修復了Esc沒有關閉當前工具的問題
?線性拉伸現在允許負輸入值
?改進了工作流程，默認設置和“軸上復制”工具的功能
?改進的插件開發工具包，現在直接包含在安裝程序包中（僅Windows）?更改鑲嵌質量時，對“構建歷史記錄”重新計算的性能改進?繪制大型NURBS模型的性能改進
?在大型場景上開始交互式渲染時添加了進度條
?修復了跟蹤深度以在暗房信息中更新
?現在，已將Presto引擎啟用或禁用的設備保存在首選項中
?添加了相機運動模糊百分比和快門速度
?對動畫進行了修改，以提高文件創建速度
?Optix降噪器現在可用于所有渲染引擎
?現在在瀏覽器的“燈光”選項卡中列出了發射器
?從圖像平面去除陰影
?現在可以在交互式和實時渲染中看到等參線，以提高選擇的可見性
?各種錯誤修復和改進
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設計仿真 | 基于VTD的AR-HUD仿真測試解決方案
VTD基于開放架構和接口接收圖像信息后，在IG上實時渲染，實現AR-HUD的效果；
4. 基于自動化測試工具，為各個節點發送數據，實現AR-HUD測試的自動化。
方案優勢：
1. 快速高效的驗證方式
2. 測試場景多樣化，提升測試廣度深度
3. 極限/危險工況的測試評估
4. 支持故障仿真
5. 智能座艙/智能網聯一體化測試
光伏組件參數智能調控，仿真設計系統有大用！
二、仿真設計：讓屋頂“發電潛力”一目了然
鷓鴣云系統通過三維建模+氣象數據融合，10分鐘即可完成屋頂仿真設計：
1.實時渲染：輸入屋頂尺寸、障礙物位置后，自動生成3D可視化排布方案，規避陰影遮擋；
2.發電模擬：基于歷史光照、溫度數據，預測不同參數組合下的年發電量，誤差率＜3%；
3.經濟性對比：同步測算初始投資、度電成本及IRR，快速鎖定最優參數方案。
三、實測案例：參數調優如何創造真金白銀？
某工業園區屋頂項目，通過鷓鴣云系統調整組件傾角（從30°優化至23°）并采用東西向雙面組件布局，在相同屋頂面積下：
? 裝機容量提升12%，年發電量增加15萬度；
? 支架成本降低8%，投資回收期縮短1.2年。
鷓鴣云的價值：從“設計工具”到“收益管家”
光伏行業已進入精細化運營時代，參數調控能力直接決定項目競爭力。鷓鴣云光伏仿真設計系統，以智能算法+全參數覆蓋為核心，讓屋頂資源“應發盡發”，讓每一寸空間都轉化為穩定收益。
展開 航空航天圖形工作站應用--圖形設計篇
參考配置：待更新
1.2 大型虛擬裝配、可視化圖形工作站硬件配置方案
航空航天制造中，產品裝配占用了超過40%以上的生產費用，是作為一種耗資巨大、變量參數多、系統復雜的工程，保證其安全、可靠是設備研發設計時必須考慮的因素，虛擬裝配/三維模型可視化技術如今已廣泛應用到航空航天；
典型使用軟件：Siments UG、PTC Creo、3D VIA等;
主要操作系統：Window ，linux 64位
設計模型特點：模型結構復雜，圖形實時渲染量大對硬件配置要求：實時流暢生成三維模型和場景，對CPU處理器頻率要求高、對圖形生成具有極高處理能力，內存帶寬高、硬盤IOPS、圖卡處理速度、支持3D立體顯示。
參考配置：待更新
1.3 逆向工程圖形工作站硬件配置方案
逆向工程是對現有的產品實物用激光掃描和點采集手段，獲取產品的三維數據和空間幾何形狀，把獲取的數據通過計算機專業設計軟件設計成圖紙，用于生產制造的過程；
典型使用軟件：Geomagic Studio、ImageWare、CopyCAD、RapidForm等；
主要操作系統：Window ，linux 64位
被處理模型特點：被掃描的模型數據量龐大、精度高；
對硬件配置要求：極高頻率的CPU處理器、內存帶寬、硬盤IOPS、圖卡處理速度，保證三維激光掃描儀對模型重建過程中大數據量處理過程中，數據讀取、數據處理及三維顯示等方面強勁響應速度
參考配置：待更新
展開 【產品介紹】格物云CAE——一站式場景化工業級CAE仿真云平臺
技術優勢
01 高性能云計算
彈性擴展算力和資源
大規模并行計算
規模化云端部署
02 國產可控仿真軟件
核心求解器代碼可控
場景化仿真流程定義
成熟工業驗證體系
03 仿真渲染三維引擎
支持多種商業網格
云端交互式前后處理
高質量仿真實時渲染
三. 功能模塊
四. 工業APP仿真社區
工業APP仿真社區是一個支持用戶基于仿真云平臺生成工業APP、實時分享交流的交互式應用社區，滿足多行業、多領域、多場景、多元化需求，助力行業制造流程標準化規范化。
五. 模塊應用展示
01 靜力學分析模塊
靜力學分析模塊基于計算固體力學有限元法對固體和結構特性變化進行數值仿真（FEM），支持三維實體模型線性材料特性的靜力分析，并展示位移、應力、應變等靜力仿真結果。
02 不可壓縮流體仿真模塊
不可壓縮流體仿真模塊基于有限體積法，對流體流動現象進行數值仿真（CFD），支持非高速歐拉單相不可壓縮流體的湍流仿真，具備多種湍流模型。
六. 使用場景
七. 使用場景
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