工业软件研发中处理超大模型(2)

做如下测试：

在软件中建立圆柱，长方体，球体，圆台，多面体各一个，然后阵列100*100，也就是总共5万个模型，测试编辑性能。事实上，绝大部分商业软件都无法在台式机上流畅的编辑该模型。从实际应用角度看，这还只是一个中小规模的模型。

我们知道三维模型显示起来直观，能表达很多信息，但是数据量也会很大。在很多设计行业，比如服装，零件，建筑草图等最初的设计都在二维进行，一方面是便于出图加工，另一方面也是因为可以轻松处理大模型数据。在桥梁，船舶等设计中，通过多次取三维的二维切面，也可以得到满足设计需求的三维模型信息，在结构分析中以一维和二维单元为主，显示又以面片为主，整体框架实际需求中对三维造型要求并不高。

对于三维模型的显示数据，都是三角形面片为主，再包括点或者面的法向以及UV材质贴图等信息。这些数据采用索引和引用，文件可以压缩得很小。

BIM和EDA行业的模型有一个共同特点：模型中存在大量相同的小几何模型。比如一栋楼的窗户或者大门形状完全相同，只是位置不同。EDA设计中的存在大量形状完全一致的电容电阻焊盘过孔等器件，也只是位置不同。

在处理这类模型时，引用模型可以起到很好的提升性能的作用。即创建一个原始模型，其它的模型通过对引用原始模型 转换矩阵生成。不仅可以大幅提升性能，还可以减少存储数据，如果网格也能引用，生成网格阶段也能节省不少时间。当然对于特殊建筑(“鸟巢”)，精密仪器，发动机之类，这种方法并没有什么效果。

高频操作是超大模型的一大性能瓶颈。高频体现在模型操作的方方面面。以最简单的显示鼠标为例，当我们在视图上移动鼠标时，需要动态显示鼠标当前放在哪个对象上，然后高亮显示。有两种计算方法，一种是计算好模型渲染数据的像素点所在位置，再用鼠标当前屏幕坐标做比较；另一种是将鼠标坐标转成世界坐标，求鼠标位置和模型的交点。无论哪种计算方法都是有计算开销的，针对超大模型，这种开销非常敏感，处理不当都是秒级的相应时间，再加上要一直响应鼠标移动事件，用户体验大概率就是操作起来相当卡顿。解决的原则也很简单，一是通过限定局部视图，树结构，渲染深度过滤等加快单个事件的处理性能；另一个减少鼠标响应频率，比如设定鼠标移动消息为3秒接受一次或者当鼠标悬停之后再处理鼠标高亮消息事件。选择也有类似的机制，比如当我们选择一个对象时，需要将哪个对象选中的消息发送出去，对于多选如果简单的调用单选的方法，选择100个对象则要发送100次，小模型的开销很难察觉，但大模型的开销则相当明显，最好的处理方法是选择完成后统一发送一次消息。

对象过滤是一种有效的提升性能的方法，其思想是只处理当前用户关心的对象，而让其它对象失效。比如一栋建筑我们关心一扇门时，我们可以将其它对象全部隐藏，或者从视图里过滤掉，这样要处理的数据量就会减少。

这种过滤分几个层次，一个是通过用户操作过滤；二个是在算法层面主动过滤，比如当缩放视图时，根据业务需求只截取当前视图里的对象，如果对象之间有遮挡，只处理最前面的对象。三是根据业务过滤，比如常用的LOD方法(Level Of Details)可以根据模型的大小，像素，来选择是否显示或处理。模型的对象上可以赋上各种属性，通过属性来加速过滤操作，类似AutoCAD里的图层信息。

缓存 更新也是处理大数据的有效方法之一，主要用于需要频繁耗时的动态计算逻辑里，数据计算后之后进行保存，需要的时候直接拿取无需再重新计算；只有当业务出现更新时，才重新计算再保存，从而减少计算次数。

现有软硬件环境下，分治仍然是对整体模型操作加速最有效可行的方法，让用户在整体模型处理上进行分治是一件比较困难的事，只能在程序层面进行。一篇文章入门仿真软件性能优化一文中对分治也有介绍，后续再详细介绍。

开发组件的选择：开发中一般会使用各种第三方组件。

在处理大模型时，组件性能瓶颈也就是程序的性能瓶颈。早期选择三维模型转换组件，最好的和最差的性能瓶颈相差接近一个数量级。而这种组件一旦选定使用后，因为商务和开发周期的原因，一般很难再改。所以早期要做好充分评估。

本文聊了下工业仿真软件中关于大模型的前处理，细心的朋友可能已经注意到了，一般的通用前处理或者CAD软件乃至行业标杆软件在处理超大模型时是没有优势的，在面对实际工业行业应用时也有很多无法满足性能要求。所以很多行业有专门的二维三维设计软件，通过各种针对行业的优化，以及变通方法来满足超大模型的处理需求。