立于云端——图为技术云渲染技术揭秘

2020年5月5日18时，新一代载人飞船试验船在长征五号B运载火箭的托举下成功进入预定轨道。在接下来的两天中，试验船完成了9次变轨，动作多，难度大。据悉，长五B试验船采用全三维研制模式，从每一颗螺钉到全箭乃至发射场全系统，都实现了三维数字化呈现，依靠一个数字大屏即可总览全局。要实现如此高效快速的三维浏览，渲染技术无疑是关键的一环。

 
（长五B全系统精细化仿真截图）

多年前，运载火箭的所有产品设计都要画在二维图纸上，每个产品还要从不同视图分别画出里里外外的样子，既不方便修改，也不方便出图和后续生产。采用三维数字化平台之后，从设计端到建造端，生产人员最多的评价是：直观！设计人员、生产人员和管理人员终于能够统一交流语言，都以模型说话了。沟通效率的提高带来的是设计进度的显著提升，这一切变化都和三维模型的快速渲染密不可分。

长征五号系列火箭的零部件总数超过10万个，设计、生产难度也大大提高，整体工作量是以往火箭的3.5倍左右。相比于汽车制造行业，工业三维中的模型数往往有过之而无不及，一个简单的火电项目模型，其模型便多达150万个节点。不仅如此，在施工阶段往往还牵扯到多专业、多部门、多系统间沟通协作，对三维模型渲染的速度和精度要求非常高。

工业三维数字化发展的早期，模型渲染占据了大量的沟通时间。常常导致项目多方人员简单沟通之后便停止协作，等待一个模型渲染完成之后才能继续讨论的场景。除此以外，传统渲染技术还存在计算机硬件需求高，资源利用率低等硬伤。
 
对此，图为技术针对渲染资源分配效率与工业场景应用两大方面进行研发，在移动端上实现真正的所见即所得，研发出最适切工业场景的云渲染技术。

（一）站在图形引擎之上的思考

“渲染的核心就是速度，速度的核心就是引擎技术。”

云渲染是一种依托于云计算的技术服务，依靠后台服务器集群的强大算力进行渲染处理，渲染完成后再将渲染结果下载到本地。其业务端产品和云渲染客户端对接，无需考虑云渲染云端架构和计算资源管理。

决定云渲染速度的关键之一便是服务器端引擎的能力。站在T-3D领先的引擎技术之上，图为技术思考的是，在引擎之外还能如何改善客户的浏览体验？提升资源利用率成为了我们的突破口。

（图为技术云渲染架构图）

传统的渲染会针对同一模型反复渲染，浪费大量服务器资源。图为技术云渲染技术采用端到端的一站式方案，系统架构上将渲染需求计算与渲染业务上云过程管理分离。其中，渲染计算服务需求会根据具体用户与渲染内容进行识别并定制适配，渲染业务管理则采用性能卓越的分布式文件系统与渲染资源调度。

利用渲染内容的识别适配，降低了对服务器资源的反复占用，自然有效提高了渲染的速度与效率。结合多年的工业数字化实施经验，图为技术针对移动端云渲染功能多场景开发与多端云渲染应用延伸，目前已在多个项目中有所试验与实践。

（二）特点与优势

（1）变革协作方式，高效渲染管理。

借助T-3D引擎的高效性能，实现云端设备模型极速加载，客户端瞬时反馈。实现即时沟通，减少协作时间成本，同时支持并行多用户浏览。图为技术原创的云端渲染节点数据管理系统，可使服务器自动识别多用户渲染需求，防止同一模型重复渲染，提升服务器资源利用率，降低硬件成本。
•    经过测试，图为技术云渲染在配置正确（服务器端对显卡要求不超过4G显存）、带宽下载平均速度达到1.5M/s的情况下，加载10G模型，从云端到客户端平均耗时为1.5秒，渲染平均速度15帧/秒，并发数达到100，位于同类产品领先水平。

（2）多端应用延伸，即时图档浏览。

利用B/S架构特点与微服务拓展功能，客户可选择定制化购买或自主开发，实现多端集成。便于客户多端多端景应用云渲染查看文图档模型，降低管理成本，提高现场效率。 
•    图为技术云渲染技术已经应用在多个火电项目中，项目人员反馈积极，云渲染不仅解决了设计校审移交时各方人员协同困难等问题，在施工阶段通过二维码也可以快速识别图纸，观察设备结构，加上同时加载的施工模拟功能，有效解决了复杂结构、特异设备施工难的问题。

（三）应用场景

T-Plant平台能够自动生成设备二维码关联显示对应的模型文件。一台Pad、笔记本电脑就能提供包含零件编号、部位、材料、工艺、工步等所有生产需要的信息，大幅缩减了图纸流转、识别、分析及核对的时间；更清晰的三维视角和视图能准确地辅助、指导工人现场作业。

 
（图为技术某项目手机端操作展示）

有效提高施工人员识图效率和准确度，减少因识图问题造成的施工错误。同时通过API接口开发DCS数据集成与展示功能极大地方便了施工工人和施工服务人员，提高工作的效率。

 
（某项目通过移动端访问移交模型视频）

使用图为技术云渲染技术之后，设计单位设计修改量的显著减少，校审速度大大提升，同时带来了施工现场协作效率的显著增加。同时在企业后期运维，交流展示中，云渲染技术带来的模型即时浏览体验也扮演了重要角色。

（四）小结

如今，工业面临着周围环境的巨大变革，职业部门的深度细化、设计复杂度的提升、新材质的不断发展、施工现场速度与难度需求的增加等正对产业本身提出了更高的要求。传统的图文档与渲染技术已然满足不了当下的需要，如何通过新一轮云技术、大数据平台等新兴技术的结合，完成蜕变成为产业标杆已经成为了企业需要考虑的新问题。

通过图为技术的云渲染技术，各种复杂的工业产品或设备的三维可视化内容都可以实时浏览渲染模型，节省了查询模型、图文档的时间。更是改革了项目各方协作的方式，拓展了三维可视化技术的应用。对项目管理，施工安全以及沟通协作等方面的效率与收益起到了重要变革。