CN107273543A - 一种dgn数据格式的转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DGN数据格式的转换方法，包括步骤：1、在程序中读入DGN模型；2、解析DGN模型，获取DGN图形数据、元素属性信息以及元素材质信息；3、解析DGN图形数据，获取图形数据的基本组成元素，将基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网；4、将三角网信息、元素材质信息以及元素属性信息根据Three.js模型数据格式进行重构并导出。本发明采用Microstation的API解析DGN数据，进行三角化，最后重构导出得到结果，不借助于中间格式，直接将两种格式对接，提高了数据准确度和转换效率。

Description

一种DGN数据格式的转换方法

技术领域

本发明涉及三维模型数据格式转换技术领域，尤其涉及一种DGN数据格式的转换方法。

背景技术

随着BIM(建筑信息模型)应用的深入，信息模型如何能够在各个平台上集成和使用成为了关键问题。BIM数据的主要来源是三维CAD设计或建模的成果，但是三维CAD数据的集成面临最大的问题是数据格式不能转换，导致设计模型不能与其它应用和软件相结合。以当前主要的三维设计软件平台AutoDesk和Bentley为例，导出为公开格式collada时，主要存在以下问题：

(1)属性信息全部丢失，很多信息模型只能在各自厂商的体系中运转，导出为其它格式时，三维模型携带的属性信息会完全丢失；

(2)模型元素划分不合理，在CAD平台中作为一个元素的图形，导出以后会以一个或若干个构成新的元素，造成元素划分结果不可控。比如，在dgn文件中，桩基与承台分别为两个元素，但是只要在一个图层，利用Microstaion导出为collada格式时，会合并成一个元素；

(3)某些元素丢失，造成数据的不完整。

因此，在实际的数据交换工程中，还需要大量转换后的数据重构工作，导致模型输出效率低下，影响后续利用。

DGN文件格式是美国Bentley公司产品的通用数据格式，Bentley的基础设计平台Microstaion及其它专业设计软件支持的数据格式都是DGN格式。Three.js是流行的WebGL框架，可以用它创建各种三维场景，包括了摄影机、光影、材质等各种对象，在web页面上看到许多精彩的三维场景。Three.js支持json脚本表达的三维模型数据。

目前，DGN数据格式转换主要依赖Microstation自带的数据导出功能，或者采用第三方数据转换程序(如FME)，但是缺乏对BIM模型的专门支持。尤其是随着Web三维技术的发展，需要将DGN成果模型在网页上展示、开发的需求越来越强烈。但是，市场上尚没有工具很好地支持DGN数据导出为Three.js支持格式，因此，需要针对DGN格式研究方法和工具，实现DGN到Three.js的json格式。

发明内容

本发明的目的是针对BIM在web中的应用需求，为突破DGN数据格式不能应用于WebGL的局限，采用模型解析重构技术，通过在Microstation上开发插件，解决DGN数据到Three.js支持格式的无损转换。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种DGN数据格式的转换方法，包括步骤：

1、在程序中读入DGN模型；

2、解析DGN模型，获取DGN图形数据、元素属性信息以及元素材质信息，所述元素属性信息指组成DGN图形数据的元素的专业属性，包括元素的尺寸和用途，所述元素材质信息包括材质名称、颜色以及透明度；

3、解析DGN图形数据，获取组成图形数据的基本元素，将基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网；

4、将三角网信息、元素材质信息以及元素属性信息根据Three.js模型数据格式进行重构并导出。

所述步骤3中解析DGN图形数据，获取组成图形数据的基本元素，将基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网的具体方法是：

3.1解析DGN图形数据，判断组成DGN图形数据的元素所属三维元素类型，所述三维元素类型包括基本元素和单元，所述基本元素包括实体、智能实体、曲面以及网格面，所述单元是指若干基本元素的组合；若组成DGN图形数据的元素属于基本元素，则执行步骤3.2；若组成DGN图形数据的元素属于单元，则执行步骤3.3；

3.2、将DGN图形数据的基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网；

3.3、对所述单元进行递归遍历，得到其基本元素，然后将得到的基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网，并将转换后的三角网进行组合。

所述步骤3.2和3.3中基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网的具体方法为：

(1)根据基本元素是否封闭，将所述基本元素分成封闭元素和非封闭元素，其中非封闭元素又分为一般曲面元素和网格面元素；

(2)对于封闭元素和一般曲面元素，调用Microstation的API中的片化体函数mdlKISolid_facetBodyWithNormals，将片的最大边数设置为固定值3，同时传入弦公差、角度以及最大边长，得到三角化后的点坐标、三角形顶点索引数组以及三角形法向量数组；对于网格面元素，采用Microstation的API中的函数mdlMesh_getPolyfaceArrays提取点坐标和面顶点索引数组，然后根据Microstation的API中的函数mdlMesh_triangulateEmbeddedArrays进行三角化重组，将其中不是三角形的面拆分为三角形，得到三角化后的点坐标和三角形顶点索引数组以及三角形法向量数组。

所述步骤3.3在执行前定义一个开关，当要执行步骤3.3时将开关开启，当步骤3.3执行结束时将开关关闭。

所述步骤4)中将三角网信息、元素材质信息以及元素属性信息根据Three.js模型数据格式进行重构并导出的具体方法为：

根据Three.js模型数据格式的组织方式，将三角网信息，即三角化后的点坐标、三角形顶点索引数组、三角形法向量数组以及元素包络球填入到Three.js模型数据格式的图形数组geometries；将元素材质信息填入到Three.js模型数据格式的材质数组materials，将元素属性信息连同三角网信息和材质信息一起组合填入Three.js模型数据格式中object对象中的children字段；然后添加Three.js模型数据格式中元数据metadata信息；最后将组织好的字符串输出到指定路径的文本文件。

所述元数据metadata信息包括创建者和版本信息，所述组织好的字符串为json格式。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

本发明提出的采用Microstation的API解析DGN数据，进行三角化，最后重构导出得到结果，对比借助中间格式或第三方转换软件的优势有：

1)针对性强，可以只将关心的元素类型导出，同时保留了设计模型中的属性信息；

2)过程可控，由于不借助于中间格式，直接将两种格式对接，对于哪一部分详细、哪一部分粗略、哪些合并、哪些拆分等问题，可以在转换过程中把控，提高了数据准确度；

3)效率高，避免了数据格式转换后重新处理修改的步骤，有效缩减了数据加工时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明DGN数据格式的转换方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提出基于解析——三角化——重构的数据转换技术路线，采用Microstation二次开发API(Application Programming Interface,应用程序编程接口)，实现三维模型及其属性信息转换为json格式的文本数据，在工程实际应用中实现三维设计成果DGN数据与WebGL的数据交换。其具体实现方法如图1所示：

一、在程序中读入DGN模型；

二、解析DGN模型，获取DGN图形数据、元素属性信息和元素材质信息；

所述元素属性信息指元素的专业属性，包括元素的尺寸和用途，所述元素材质信息包括材质名称、颜色以及透明度，材质的颜色、透明度等可以方便地使用Microstaion中的XMLInstanceAPI下的函数获取到相应的数值。例如，获取材质颜色的函数为mdlElement_getSymbology，相应的，而获取材质透明度的函数为mdlElement_getTransparency。

三、解析DGN图形数据，判断组成DGN图形数据的元素所属三维元素类型，所述三维元素类型包括基本元素和单元，所述基本元素包括实体、智能实体、曲面以及网格面，所述单元是指若干基本元素的组合；若组成DGN图形数据的元素属于基本元素，则执行步骤四；若组成DGN图形数据的元素属于单元，则执行步骤五；

四、将DGN图形数据的基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网，执行步骤六；

五、对所述单元进行递归遍历，得到其基本元素，然后将得到的基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网，并将转换后的三角网进行组合，执行步骤六；

由于基本元素和单元在格式转换过程中所涉及的处理过程不同，因此需要将基本元素和单元分别单独进行处理，单元的处理方式是先进行递归遍历得到基本元素，然后将基本元素三角化处理后进行组合。在对单元进行处理前需要定义一个开关值isInsertingCellElm，在处理单元时设置为true，处理结束组合完毕后，设置为false，在处理过程中只要判别isInsertingCellElm为true，得到的基本元素就要组合到一起。

由于WebGL支持的图形元素类型本质上都是三角网，和DGN中的元素类型不能对应，因此，需要将DGN中的元素类型转换成WebGL支持的三角网。针对DGN中的封闭元素、一般曲面元素和网格面元素，需要采用不同的三角化方法将其转换成三角网。具体方法为：

(1)根据基本元素是否封闭，将所述基本元素分成封闭元素和非封闭元素，所述非封闭元素又分为一般曲面元素和网格面元素；

(2)对于封闭元素和一般曲面元素，调用Microstation的API中的片化体函数mdlKISolid_facetBodyWithNormals，将片的最大边数设置为固定值3，同时传入弦公差、角度以及最大边长，得到三角化后的点坐标、三角形顶点索引数组以及三角形法向量数组；对于网格面元素，采用Microstation的API中的函数mdlMesh_getPolyfaceArrays提取点坐标和面顶点索引数组，然后根据Microstation的API中的函数mdlMesh_triangulateEmbeddedArrays进行三角化重组，将其中不是三角形的面拆分为三角形，得到三角化后的点坐标和三角形顶点索引数组以及三角形法向量数组。

六、将三角网信息、元素材质信息以及元素属性信息根据Three.js模型数据格式进行重构并导出。

Three.js模型数据格式主要分为以下4部分：元数据metadata、图形数组geometries、材质数组materials和对象object。

元数据metadata主要记录版本、创建者等信息；geometries数组主要是各个元素的坐标数据、三角形顶点索引数组、元素最小包络球等；材质数组materials中，主要存储各个元素以及元素组成部分获取到的材质信息；对象object中有一个children字段，主要是将图形、材质和属性三部分组合。

根据Three.js模型数据格式的组织方式，将点坐标、三角形顶点索引数组、法向量数组、元素包络球等填入到对应位置；添加颜色、透明度等材质信息；在用户属性部分添加元素的属性信息。最后，将这个json字符串输出到指定路径的文本文件。

本发明具体实施方式采用C++的开源函数库Rapidjson，实现json的建立、修改和输出。创建的类JsonCreater，结构如下：

技术指标：

(1)运行插件的Microstaion版本为v8i，dgn数据版本为v8以上。

功能指标：

(1)可以设置参数，从而实现不同精细程度的导出结果。

(2)导出模型的元素划分满足专业BIM实施的要求，携带专业的属性信息。

本发明提出数据格式转换的技术路线，不借助于中间格式，实现DGN数据到Three.js支持的json格式；提出数据解析重构的方法，实现实体元素、面元素、网格元素、元素组合的提取——归类——处理——重组；提出可扩展的属性字段和值的转换方法，实现信息的无损转换；采用Microstaion的API，自行开发插件工具实现转换，提高了转换效率。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种DGN数据格式的转换方法，其特征在于，包括步骤：

1)在程序中读入DGN模型；

2)解析DGN模型，获取DGN图形数据、元素属性信息以及元素材质信息，所述元素属性信息指组成DGN图形数据的元素的专业属性，包括元素的尺寸和用途，所述元素材质信息包括材质名称、颜色以及透明度；

3)解析DGN图形数据，获取组成图形数据的基本元素，将基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网；

4)将三角网信息、元素材质信息以及元素属性信息根据Three.js模型数据格式进行重构并导出。

2.如权利要求1所述的一种DGN数据格式的转换方法，其特征在于，所述步骤3)中解析DGN图形数据，获取组成图形数据的基本元素，将基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网的具体方法是：

3.1)解析DGN图形数据，判断组成DGN图形数据的元素所属三维元素类型，所述三维元素类型包括基本元素和单元，所述基本元素包括实体、智能实体、曲面以及网格面，所述单元是指若干基本元素的组合；若组成DGN图形数据的元素属于基本元素，则执行步骤3.2)；若组成DGN图形数据的元素属于单元，则执行步骤3.3)；

3.2)将组成DGN图形数据的基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网，执行步骤4)；

3.3)对所述单元进行递归遍历，得到其基本元素，然后将得到的基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网，并将转换后的三角网进行组合，执行步骤4)。

3.如权利要求2所述的一种DGN数据格式的转换方法，其特征在于，所述将基本元素转换成WebGL支持的图形元素类型三角网的具体方法为：

(1)根据基本元素是否封闭，将所述基本元素分成封闭元素和非封闭元素，其中非封闭元素又分为一般曲面元素和网格面元素；

(2)对于封闭元素和一般曲面元素，调用Microstation的API中的片化体函数mdlKISolid_facetBodyWithNormals，将片的最大边数设置为固定值3，同时传入弦公差、角度以及最大边长，得到三角化后的点坐标、三角形顶点索引数组以及三角形法向量数组；对于网格面元素，采用Microstation的API中的函数mdlMesh_getPolyfaceArrays提取点坐标和面顶点索引数组，然后根据Microstation的API中的函数mdlMesh_triangulateEmbeddedArrays进行三角化重组，得到三角化后的点坐标和三角形顶点索引数组以及三角形法向量数组。

4.如权利要求3所述的一种DGN数据格式的转换方法，其特征在于，所述步骤3.3)在执行前先定义一个开关，当要执行步骤3.3)时将开关开启，当步骤3.3)执行结束时将开关关闭。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种DGN数据格式的转换方法，其特征在于，所述步骤4)中将三角网信息、元素材质信息以及元素属性信息根据Three.js模型数据格式进行重构并导出的具体方法为：

根据Three.js模型数据格式的组织方式，将三角网信息，即三角化后的点坐标、三角形顶点索引数组、三角形法向量数组以及元素包络球填入到Three.js模型数据格式的图形数组geometries；将元素材质信息填入到Three.js模型数据格式的材质数组materials，将元素属性信息连同三角网信息和材质信息一起组合填入Three.js模型数据格式中object对象中的children字段，然后添加Three.js模型数据格式中元数据metadata信息；最后将组织好的字符串输出到指定路径的文本文件。

6.如权利要求5所述的一种DGN数据格式的转换方法，其特征在于，所述元数据metadata信息包括创建者和版本信息，所述组织好的字符串为json格式。