Integrated Pipeline for Monocular 3D Reconstruction and Finite Element Simulation in Industrial Applications

要約

機器の展開の難しさや、精度とリアルタイムのパフォーマンスのバランスをとることの難しさなど、産業環境における3Dモデリングと構造シミュレーションの課題に対処するために、このペーパーでは、モノクラービデオ、有限要素シミュレーション分析、混合現実視覚ディスプレイに基づいた高融合の3D再構成を統合し、産業用シーンのインタラクティブなTwinシステムを構築することを目指しています。
第一に、ディープラーニングに基づくNeuralAngeloアルゴリズムを使用して、サラウンドショットビデオの豊富な詳細を使用して3Dメッシュモデルを再構築します。
次に、RhinoのQuadremeshツールを使用して、初期の三角メッシュを最適化し、有限要素分析に適した構造メッシュを生成します。
最適化されたメッシュは、Hypermeshによってさらに離散化され、材料パラメーターの設定と応力シミュレーションは、高精度の応力と変形の結果を得るためにAbaqusで実行されます。
最後に、UnityおよびVuforiaエンジンと組み合わせることで、拡張現実環境でのシミュレーション結果のリアルタイムの重ね合わせとインタラクティブな操作が実現され、ユーザーの構造応答に対する直感的な理解が向上します。
実験は、この方法が高幾何学的精度を維持しながら、優れたシミュレーション効率と視覚化効果を持っていることを示しています。
複雑な産業シーンでのデジタルモデリング、機械分析、インタラクティブなディスプレイのための実用的なソリューションを提供し、産業用アプリケーションにおけるデジタルツインと混合リアリティテクノロジーを深く統合するための基礎を築きます。

要約(オリジナル)

To address the challenges of 3D modeling and structural simulation in industrial environment, such as the difficulty of equipment deployment, and the difficulty of balancing accuracy and real-time performance, this paper proposes an integrated workflow, which integrates high-fidelity 3D reconstruction based on monocular video, finite element simulation analysis, and mixed reality visual display, aiming to build an interactive digital twin system for industrial inspection, equipment maintenance and other scenes. Firstly, the Neuralangelo algorithm based on deep learning is used to reconstruct the 3D mesh model with rich details from the surround-shot video. Then, the QuadRemesh tool of Rhino is used to optimize the initial triangular mesh and generate a structured mesh suitable for finite element analysis. The optimized mesh is further discretized by HyperMesh, and the material parameter setting and stress simulation are carried out in Abaqus to obtain high-precision stress and deformation results. Finally, combined with Unity and Vuforia engine, the real-time superposition and interactive operation of simulation results in the augmented reality environment are realized, which improves users ‘intuitive understanding of structural response. Experiments show that the method has good simulation efficiency and visualization effect while maintaining high geometric accuracy. It provides a practical solution for digital modeling, mechanical analysis and interactive display in complex industrial scenes, and lays a foundation for the deep integration of digital twin and mixed reality technology in industrial applications.

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