CN106776963A - 轻量化的bim大数据在线可视化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻量化的BIM大数据在线可视化方法及系统，所述方法包括以下步骤：对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析，获得轻量级构件库；对BIM建筑的内部结构进行自动化分割，生成多个相对独立的空间，并生成所述多个相对独立的空间之间的关系结构图；根据所述关系结构图及各空间中的构件集建立多粒度分解的多层数据索引结构；根据所述多层数据索引结构调用所述轻量级构件库实现BIM建筑的渐进式可视化，且在可视化过程中，以空间为单位对当前空间的下一个空间数据进行缓存并删除上一个空间数据。与现有技术相比，本发明具有自动化、轻量化、细粒度化等优点。

Description

轻量化的BIM大数据在线可视化方法和系统

技术领域

本发明涉及BIM数据处理领域，尤其是涉及一种轻量化的BIM大数据在线可视化方法和系统。

背景技术

随着智能建筑的发展，BIM(Building Information Modeling)技术已成为当今AEC(Architecture,Engineering and Construction)行业的核心技术，致力于建筑整个生命周期内的信息共享和交换。对BIM建筑的高效分析，特别是支持移动网络的在线可视分析，已逐渐被建筑生命周期中相关的更多产业所关注和依赖。然而，也正是由于BIM建筑涉及的信息范围广泛，空间结构复杂，专业性强等，使得与传统的建筑数据相比，BIM数据又有着量大、复杂、难以组织和管理等特点，处理BIM大数据所需的系统资源也远远超出当今移动设备的系统负载。因此，如何通过系统资源有限的移动设备，使用户以快速方便、在线可视的方式对BIM大数据进行有效的分析已成为当前该领域中亟待解决的难题。

目前主流的BIM建筑生成、编辑或分析方法或软件均为基于单机的计算应用程序，如Autodesk的Revit系列等。在线可视化方面虽然也逐渐出现了部分如BIM Surfur、BIMviews等，但这些应用均存在实时性差、资源损耗高及稳定性低等问题，究其原因主要还是BIM数据本身，与传统的3D模型数据不同，对BIM数据进行在线可视化主要存在着如下挑战：

(1)专业性强，逻辑结构复杂。和实际的建筑类似，BIM数据通常由较多的“墙”、“门”等构件“组装”形成，不仅空间结构复杂，专业性强，数据内部的结构也相当庞大。如在IFC格式的BIM数据中采用了近1000个取定义的实体类和类型来对应性地描述这些构件。而且从每个构件到其对应的几何数据又通过相应高度的树型结构组织，逻辑结构错综复杂。

(2)几何冗余度高。BIM数据中，不仅存在相当多的同类型构件(如“门” 构件)，更存在大量的重复性构件和参数化表达构件。从BIM数据解析形成的几何数据中，几何冗余度非常之高。

(3)数据访问速度慢。BIM数据虽然数量庞大，但更侧重于建筑工程的各方面需求，并未考虑面向在线展示的数据高效组织或管理，缺少统一的数据索引，使得在可视化应用中无法快速定位或访问需要的数据。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动化、轻量化、细粒度化的BIM大数据在线可视化方法和系统

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轻量化的BIM大数据在线可视化方法，包括以下步骤：

对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析，获得轻量级构件库；

对BIM建筑的内部结构进行自动化分割，生成多个相对独立的空间，并生成所述多个相对独立的空间之间的关系结构图；

根据所述关系结构图及各空间中的构件集建立多粒度分解的多层数据索引结构；

根据所述多层数据索引结构调用所述轻量级构件库实现BIM建筑的渐进式可视化，且在可视化过程中，以空间为单位对当前空间的下一个空间数据进行缓存并删除上一个空间数据。

所述对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析具体为：

对BIM场景构件集中的各构件分解为多个单元，并进行单元去重；

对任意两个构件的分解去重结果进行语义配准分析，保存相应的变换矩阵；

根据所述语义配准分析的结果验证两个构件的相似性；

在两个构件相似时，删除其中一个构件，以相应的变换矩阵替代删除的构件。

通过语义分析与几何计算相结合的方式对BIM建筑的内部结构进行自动化分割。

所述多层数据索引结构通过稀疏体素化的方式生成。

所述实现BIM建筑可视化具体为：

在每个所述空间的出入口设置一缓冲区；

当化身接近某一出入口的缓冲区时，加载通过该出入口与当前空间相连接的下一个空间数据；

当化身离开所述缓冲区进入新空间时，将所述新空间定义为当前空间，同时删除上一个空间数据。

一种轻量化的BIM大数据在线可视化系统，包括：

轻量解析模块，用于对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析，获得轻量级构件库；

自动化分割模块，用于对BIM建筑的内部结构进行自动化分割，生成多个相对独立的空间，并生成所述多个相对独立的空间之间的关系结构图；

索引结构构建模块，用于根据所述关系结构图及各空间中的构件集建立多粒度分解的多层数据索引结构；

可视化模块，用于根据所述多层数据索引结构调用所述轻量级构件库实现BIM建筑的渐进式可视化，且在可视化过程中，以空间为单位对当前空间的下一个空间数据进行缓存并删除上一个空间数据。

所述轻量解析模块包括：

分解去重单元，用于对BIM场景构件集中的各构件分解为多个单元，并进行单元去重；

语义配准单元，用于对任意两个构件的分解去重结果进行语义配准分析，保存相应的变换矩阵；

相似性验证单元，用于根据所述语义配准分析的结果验证两个构件的相似性；

构件删除单元，用于在两个构件相似时，删除其中一个构件，以相应的变换矩阵替代删除的构件。

所述自动化分割模块中，通过语义分析与几何计算相结合的方式对BIM建筑的内部结构进行自动化分割。

所述索引结构构建模块中，所述多层数据索引结构通过稀疏体素化的方式生成。

所述可视化模块包括：

缓冲区设置单元，用于在每个所述空间的出入口设置一缓冲区；

缓冲数据加载单元，用于当化身接近某一出入口的缓冲区时，加载通过该出入口与当前空间相连接的下一个空间数据；

缓冲数据删除单元，用于当化身离开所述缓冲区进入新空间时，将所述新空间 定义为当前空间，同时删除上一个空间数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明将几何轻量化集成到BIM数据的解析过程中，从而建立轻量级构件库，在满足几何数据在线可视化的同时大幅度降低了解析后的数据量；

(2)本发明将可视剔除与BIM建筑的内部结构相结合，提出BIM建筑的自动空间分割算法，在方便可视剔除的同时，也构建了建筑空间数据索引，通过该索引，在进行在线漫游时，可通过逐层过滤并查找来快速定位用户所要查询的粒度数据，能够十分流畅地渲染大规模的BIM场景数据，能够通过渐进式加载、渲染等方式大幅度降低系统资源的消耗；

(3)本发明将BIM内部空间自动分割为多个独立空间，方便以空间为单位进行可视剔除，减少了服务器端实时传输的负担；

(4)本发明通过BIM数据的语义信息来加速BIM数据的轻量化处理，并对轻量化结果实现相应的基于视点驱动的渐进式管理，尽量保持在系统中只存储足够少的空间数据，不仅提高了系统资源的利用率，也不影响用户的体验质量；

(5)本发明是一完全自动化的过程，不需要用户对BIM数据进行前期的人工分析或借助第三方程序进行预处理等，通过针对性解析、分割等方式将BIM数据转变为常见的3D模型数据，避免了用户去了解BIM建筑的专业知识以及BIM数据的复杂逻辑结构，使用方便可靠；

(6)本发明生成的建筑模型从底层构件库到整个数据的层次化索引都是轻量化的，这是为了保证模型可视化过程的存储、传输和渲染的高效性；

(7)本发明前端的数据管理均从可视性出发，保证了可见即可得的用户体验效果。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明基于语义引导的轻量级解析过程示意图；

图3为本发明建筑内部空间分割过程示意图，其中，图(a)为原始BIM建筑室内布局示意图，图(b)为与图(a)相对应的内部空间分割结果示意图；

图4为与图3(a)中的路径对应的空间加载情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种轻量化的BIM大数据在线可视化方法，其基本思想是：利用BIM数据的语义信息和几何计算相结合，通过扩展的ICP方法快速进行BIM数据构件的轻量化预处理，去除数据的冗余信息，形成轻量级底层构件库；同时，将动态/渐进式可视剔除与BIM建筑的空间结构相结合，提出以“建筑空间”为单位的渐进式传输及剔除方法，能够自动化进行BIM建筑的“建筑空间”分割，并生成相应的空间关系来实现空间适时切换；最后，以场景、建筑、空间、构件等为基本对整个建筑数据建立多粒度层次性索引，提高数据访问速度。

如图1所示，本实施例的BIM大数据在线可视化方法具体如下：

在步骤s101中，对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析，获得轻量级构件库；

在步骤s102中，对BIM建筑的内部结构进行自动化分割，生成多个相对独立的空间，并生成所述多个相对独立的空间之间的关系结构图；

在步骤s103中，根据所述关系结构图及各空间中的构件集建立多粒度分解的多层数据索引结构；

在步骤s104中，根据所述多层数据索引结构调用所述轻量级构件库实现BIM建筑的渐进式可视化，且在可视化过程中，以空间为单位对当前空间的下一个空间数据进行缓存并删除上一个空间数据。

1)基于语义引导的轻量级解析。与传统的3D模型不同，BIM数据在进行BIM模型的可视化之前，通常要使用现有的工具预先进行语义解析形成几何数据。而传统的解析程序只包含了BIM数据标准中的解析逻辑，解析后的几何数据冗余较多。本发明针对这个局限，提出了基于语义引导的轻量级解析方法。该方法一方面通过语义分析来确定可能存在的冗余数据，缩小轻量化处理的数据范围；另一方面通过对ICP算法进行扩充，在通过ICP方法对构件进行对齐，并保存相应的变换矩阵，再使用面积加权的Horsdorff距离来验证两个构件的相似性。当两个构件相似时，则删除其中的一个构件实例，用相应的变换矩阵来代替，降低数据量。

相应的处理过程如图2所示包括：对BIM场景构件集中的各构件分解为多个单元，并进行单元去重；对任意两个构件的分解去重结果进行语义配准分析，保存相应的变换矩阵；根据所述语义配准分析的结果验证两个构件的相似性；在两个构件相似时，删除其中一个构件，以相应的变换矩阵替代删除的构件。

2)基于可视剔除的建筑内部空间分割方法。实际工程中的BIM数据不只量大，建筑内部结构也非常复杂，远远超出常见移动设备的负载，不宜也无法直接进行在线可视化。

本发明在通过轻量化去除冗余数据的同时，将可视剔除与BIM建筑结构、BIM语义信息相结合，提出了BIM建筑的内部空间自动化分割算法。在保持现有结构的同时，通过语义分析与几何计算相结合，将整个BIM建筑内部分为相对独立的空间进行组织和管理，并生成多个空间之间的关系结构图。在进行建筑内部漫游过程中，以空间为单位进行可视剔除，减少了服务器端实时传输的负担。

3)结合多粒度分解的多层数据索引构建。在进行内部空间分割后，可通过空间为单位的方式来对BIM场景中的某些构件集进行访问，但还远远不能满足在线可视化的需要。因为，在实际漫游时，不只需要定位到某个空间，常常需要更快速地拣选到某个构件，来完成构件级别的操作。结合多粒度分解的多层数据索引，将构筑物，室外构件、室内空间、空间之间的切换、空间内部的拣选进行统一考虑，通过空间连通关系图来表示内部空间的连通性，实现整个建筑的空间切换。通过稀疏体素化的方式生成空间内部构件的索引结构，通过该索引，在进行在线漫游时，可通过逐层过滤并查找来快速定位用户所要查询的粒度数据。

4)基于视点驱动的渐进式数据管理。前面建立的轻量级数据库、轻量级数据索引，实现了对数据可视性剔除、高效管理的底层支持。但在实际应用中，仍需要在合适的时机下，快速调用这些功能来完成相应的实时响应。基于视点驱动的渐进式数据管理，从BIM数据在线可视化应用的基本需求——实时出发，通过视点位置判断并装载化身所处的内部空间。根据网络访问速度在每个空间的出/入口设置相应的缓冲区，当化身接近缓冲区时，触发并装载通过该出/入口与当前空间相连接的下一个空间数据，并在当化身离开新空间的缓冲区时，及时将新的空间更新为当前空间，同时删除上一个空间数据，尽量保持在系统中只存储足够少的空间数据。该渐进式数据装载和管理的方式不仅提高了系统资源的利用率，也不影响用户的体验质量。如图4所示即为图3(a)的路径中所对应的空间加载情况，以D2出入口 为例，在从S2经过D2进入S5时，进入的区域依次分为三个：S2→D2的缓冲区→S5。当在第一个区域(S2)中时，只加载S2；当进入D2的缓冲区时，再加载S5，即此时的空间加载总量为S2和S5；当经过D2缓冲区进入到S5时，说明已经完全进入到S5空间，此时将剔除S2，整个系统加载的空间中只有S5。而在从S5经过D2返回S2时，空间加载的情况又相反。其余出入口的加载情况以此类推。

本实施例还提供一种轻量化的BIM大数据在线可视化系统，包括轻量解析模块201、自动化分割模块202、索引结构构建模块203和可视化模块204，其中，轻量解析模块201用于对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析，获得轻量级构件库；自动化分割模块202用于通过语义分析与几何计算相结合的方式对BIM建筑的内部结构进行自动化分割，生成多个相对独立的空间，并生成所述多个相对独立的空间之间的关系结构图；索引结构构建模块203用于根据所述关系结构图及各空间中的构件集建立多粒度分解的多层数据索引结构，该多层数据索引结构通过稀疏体素化的方式生成；可视化模块204用于根据所述多层数据索引结构调用所述轻量级构件库实现BIM建筑的渐进式可视化，且在可视化过程中，以空间为单位对当前空间的下一个空间数据进行缓存并删除上一个空间数据。

轻量解析模块201包括：分解去重单元，用于对BIM场景构件集中的各构件分解为多个单元，并进行单元去重；语义配准单元，用于对任意两个构件的分解去重结果进行语义配准分析，保存相应的变换矩阵；相似性验证单元，用于根据所述语义配准分析的结果验证两个构件的相似性；构件删除单元，用于在两个构件相似时，删除其中一个构件，以相应的变换矩阵替代删除的构件。

可视化模块204包括：缓冲区设置单元，用于在每个所述空间的出入口设置一缓冲区；缓冲数据加载单元，用于当化身接近某一出入口的缓冲区时，加载通过该出入口与当前空间相连接的下一个空间数据；缓冲数据删除单元，用于当化身离开所述缓冲区进入新空间时，将所述新空间定义为当前空间，同时删除上一个空间数据。

本实施例中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种轻量化的BIM大数据在线可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析，获得轻量级构件库；

对BIM建筑的内部结构进行自动化分割，生成多个相对独立的空间，并生成所述多个相对独立的空间之间的关系结构图；

根据所述关系结构图及各空间中的构件集建立多粒度分解的多层数据索引结构；

根据所述多层数据索引结构调用所述轻量级构件库实现BIM建筑的渐进式可视化，且在可视化过程中，以空间为单位对当前空间的下一个空间数据进行缓存并删除上一个空间数据。

2.根据权利要求1所述的轻量化的BIM大数据在线可视化方法，其特征在于，所述对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析具体为：

对BIM场景构件集中的各构件分解为多个单元，并进行单元去重；

对任意两个构件的分解去重结果进行语义配准分析，保存相应的变换矩阵；

根据所述语义配准分析的结果验证两个构件的相似性；

在两个构件相似时，删除其中一个构件，以相应的变换矩阵替代删除的构件。

3.根据权利要求1所述的轻量化的BIM大数据在线可视化方法，其特征在于，通过语义分析与几何计算相结合的方式对BIM建筑的内部结构进行自动化分割。

4.根据权利要求1所述的轻量化的BIM大数据在线可视化方法，其特征在于，所述多层数据索引结构通过稀疏体素化的方式生成。

5.根据权利要求1所述的轻量化的BIM大数据在线可视化方法，其特征在于，所述实现BIM建筑可视化具体为：

在每个所述空间的出入口设置一缓冲区；

当化身接近某一出入口的缓冲区时，加载通过该出入口与当前空间相连接的下一个空间数据；

当化身离开所述缓冲区进入新空间时，将所述新空间定义为当前空间，同时删除上一个空间数据。

6.一种轻量化的BIM大数据在线可视化系统，其特征在于，包括：

轻量解析模块，用于对BIM场景构件集进行基于语义引导的轻量级解析，获得轻量级构件库；

自动化分割模块，用于对BIM建筑的内部结构进行自动化分割，生成多个相对独立的空间，并生成所述多个相对独立的空间之间的关系结构图；

索引结构构建模块，用于根据所述关系结构图及各空间中的构件集建立多粒度分解的多层数据索引结构；

可视化模块，用于根据所述多层数据索引结构调用所述轻量级构件库实现BIM建筑的渐进式可视化，且在可视化过程中，以空间为单位对当前空间的下一个空间数据进行缓存并删除上一个空间数据。

7.根据权利要求6所述的轻量化的BIM大数据在线可视化系统，其特征在于，所述轻量解析模块包括：

分解去重单元，用于对BIM场景构件集中的各构件分解为多个单元，并进行单元去重；

语义配准单元，用于对任意两个构件的分解去重结果进行语义配准分析，保存相应的变换矩阵；

相似性验证单元，用于根据所述语义配准分析的结果验证两个构件的相似性；

构件删除单元，用于在两个构件相似时，删除其中一个构件，以相应的变换矩阵替代删除的构件。

8.根据权利要求6所述的轻量化的BIM大数据在线可视化系统，其特征在于，所述自动化分割模块中，通过语义分析与几何计算相结合的方式对BIM建筑的内部结构进行自动化分割。

9.根据权利要求1所述的轻量化的BIM大数据在线可视化系统，其特征在于，所述索引结构构建模块中，所述多层数据索引结构通过稀疏体素化的方式生成。

10.根据权利要求1所述的轻量化的BIM大数据在线可视化系统，其特征在于，所述可视化模块包括：

缓冲区设置单元，用于在每个所述空间的出入口设置一缓冲区；

缓冲数据加载单元，用于当化身接近某一出入口的缓冲区时，加载通过该出入口与当前空间相连接的下一个空间数据；

缓冲数据删除单元，用于当化身离开所述缓冲区进入新空间时，将所述新空间定义为当前空间，同时删除上一个空间数据。