CN109299548A - 一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法 - Google Patents

一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法。具体步骤为：读取建筑模型文件，提取建筑模型信息；根据模型提取信息，生成模型几何与属性对应关系，使用网络数据库存储；建立模型‑距离分层显示映射表；针对模型建立八叉树空间立方体索引，并计算每个建筑构件的空间位置索引信息；输出构件压缩文件进行网络发布；根据视点位置遍历索引的每个子节点，通过比较子节点立方体中心点到视点位置的距离R及构件的可视距离D，形成实时加载构件列表；根据列表获取网络发布的构件模型，并进行绘制。本发明能够降低建筑信息模型网络发布难度，快速实现模型数据的网络发布，填补了因建筑信息模型数据庞大难以在网络上共享而造成的信息鸿沟。

Description

一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法。
背景技术
建筑信息模型是以三维数字技术为基础，集成建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目相关信息详尽的数字化表达，并且可供项目参与方从不同角度反复利用，提升各参与方在各个阶段的工作效率和数据一致性，是实现建筑行业的各个专业之间的信息充分互用，提高建筑信息的复用率，从而达到降低建筑成本，提高生产效率的目的。由于建筑信息模型具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性等优点，我国住房和城乡建设部也指出在2020年末新立项项目勘察设计、施工、运营维护中，集成应用建筑信息模型的项目比率达到90％，因此建筑信息模型也受到要业主单位、设计单位、施工单位等各方的重视。
由于建筑信息模型从设计到施工维护涉及建筑、结构、机电、施工、造价等多个专业，因此对建筑信息模型的信息共享提出了巨大的挑战。目前建筑信息模型的信息共享已有许多办法。尽管采用二维平面设计能够让建筑项目各方快速获取建筑基本信息，并且图纸信息易于理解，但同时也存在以下缺点：对特殊结构需要进行详细的设计和出图，难以实现全流程协同工作，存在设计冲突、文件易丢失、文件信息难共享等缺陷，而且二维平面信息较为抽象，不利于现场施工人员进行设备安装和施工；当前也出现三维建筑信息模型，能够让设计施工各方控制管理，共同协作，但存在三维模型文件较大，模型文件的浏览对电子设备的硬件设备要求高，通常采用模型文件拷贝方式进行分享，难以实现建筑信息在网络快速发布共享和可视化的要求。
尽管三维建筑信息模型在设计阶段需要协同多专业进行修改设计，但这种方式获取的模型数据精度高、数据详尽，通过一定的方法将建筑信息模型面向网络发布和可视化，弥补上述二维设计方法的不足，解决现有三维建筑模型的网络传输与表达困难，具有一定的应用意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法。该方法降低了建筑信息模型网络发布难度，实现了模型数据的快速网络发布，填补了因建筑信息模型数据庞大难以在网络上共享而造成的信息鸿沟。本发明具体采用的技术方案如下：
一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法，它包括如下步骤：
S1：获取建筑信息模型文件中建筑构件的模型信息，所述模型信息包括建筑构件的唯一标识、几何信息、纹理样式、属性信息，并将其暂存至计算机内存中；
S2：利用建筑构件的唯一标识区分不同建筑构件，建立建筑构件的几何信息与属性信息的映射关系，并将包含唯一标识、所述映射关系、属性信息的完整属性输出，使用网络数据库存储；
S3：根据建筑构件属性信息中的建筑分类信息，获取每类建筑构件的可视距离D，建立建筑信息模型中各类构件按可视距离分层显示的映射表，记作模型-距离分层显示映射表；
S4：使用空间八叉树算法对整个建筑信息模型建立空间立方体索引，基于该空间立方体索引依次计算每个建筑构件的空间位置索引信息；
S5：输出含有纹理样式和唯一标识的三维建筑构件文件并打包成构件模型压缩文件，将其进行网络发布，其属性信息可通过唯一标识查询网络数据库得到；
S6：网络端首先获取视点位置E，遍历八叉树空间立方体索引的每个子节点；针对每个子节点，计算该子节点立方体中心点到视点位置的距离R，同时获取该子节点对应八叉树索引所记录的构件唯一标识，并得到这些构件所对应的构件类型，查询S3中建立的模型-距离分层显示映射表，得到构件的可视距离D，比较D和R，若R小于D，则将该构件唯一标识写入实时加载构件列表，剔除重复的构件唯一标识；
S7：根据实时加载的建筑构件列表，获取网络发布的构件模型，并进行绘制。
作为优选，所述S2具体操作如下：依次读取每个建筑构件的唯一标识，将唯一标识与建筑信息模型文件名称进行散列值计算，建立建筑构件几何信息与属性信息的映射关系，以唯一标识作为主键，将包含所述映射关系、属性信息的完整属性数据表输出后使用网络数据库存储，数据库格式文件为.db。
作为优选，所述S3包含以下子步骤：
S31：根据建筑构件属性信息中的建筑分类信息，确定建筑信息模型中每个建筑构件的类型名称；
S32：确定三维场景视点到每类建筑构件的可视距离D；
S33：建立包含建筑构件类型名称和三维场景视点到建筑构件的可视距离D的模型-距离分层显示映射表后使用标准XML文档进行保存。
作为优选，所述S4具体操作如下：
S41：使用空间八叉树算法对整个建筑信息模型所在空间建立索引，以其最小包围盒中心点作为八叉树空间立方体的中心点，以2k为空间立方体的边长建立八叉树，其中k为使所述边长大于且最接近于最小包围盒中最长一边的自然数；以中心点为原点将空间立方体分为8个象限，依次进行象限编号X＝{0,1,2,3,4,5,6,7}；
S42：每个象限为八叉树子节点，象限中心点为子节点中心点，象限边长为子节点空间立方体的边长，依次类推；记父节点为第0层，其8个子节点为第1层，则第n层共8n个子节点；对每一层所有子节点进行编号，其中第n层的任意子节点的编号为：
Pn(p,n)＝Pn(g1*8n-1+g2*8n-2+…gn*80，n)
其中gn为该子节点在n层所在的象限编号X；
S43：计算建筑信息模型中每个建筑构件的最小包围盒八个顶点所处位置，记为建筑构件位置M，M＝{m0,m1,m2,…,m7}；
S44：对于每个建筑构件位置M，将每个顶点mi从第0层开始，循环判断顶点位于第几象限，计算得到顶点mi在每一层所处的子节点编号Pn(p,n)，建立该顶点的八叉树空间位置索引，n＝{0,1,…,N}，N为预设的索引总层数，将每个顶点对应的建筑构件的唯一标识写入该顶点的八叉树空间位置索引中。
作为优选，所述N的取值根据实际情况调整，最高取4层。
作为优选，所述S5具体操作如下：输出含有纹理样式和唯一标识的三维建筑构件文件，采用无损压缩方式进行打包后将三维构件压缩文发布到网络，建筑构件对应属性信息可通过唯一标识查询网络数据库得到。
作为优选，所述S5中的打包压缩过程中可对文件进行加密。
作为优选，所述S7具体操作如下：根据实时加载建筑构件列表，获取服务器端打包发布的三维构件压缩文件，解压后在网络端进行绘制。
作为优选，当视点位置E改变时，重复步骤S6-S7进行网络端绘制。
本发明的一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法，与现有技术相比具有有益效果：
1)本发明充分利用三维建筑信息模型，弥补了因二维平面图纸难以全方位展示建筑信息而造成的建筑细节信息丢失。
2)本发明采用三维建筑信息模型数据作为数据源，能充分发挥建筑信息数据详尽、精度高的特性，有效满足各方对建筑信息准确性和可靠性的需求。
3)相比文件拷贝进行信息共享的方法，本发明对建筑信息模型数据进行了优化发布，提高了数据利用效率，解决了因建筑信息模型数据庞大难以在网络上共享应用难题。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为建筑信息模型文件打开示意图；
图3为建筑信息模型文件导出转换选项示意图；
图4为建筑信息模型属性信息示意图；
图5为八叉树空间立方体及编码示意图；
图6为最终建筑信息模型网络发布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法，它包括如下步骤：
S1：获取建筑信息模型文件中建筑构件的模型信息，所述模型信息包括建筑构件的唯一标识、几何信息、纹理样式、属性信息，并将其暂存至计算机内存中；
S2：利用建筑构件的唯一标识区分不同建筑构件，建立建筑构件的几何信息与属性信息的映射关系，并将包含唯一标识、所述映射关系、属性信息的完整属性输出，使用网络数据库存储。本步骤具体操作如下：依次读取每个建筑构件的唯一标识，将唯一标识与建筑信息模型文件名称进行散列值计算，建立建筑构件几何信息与属性信息的映射关系，以唯一标识作为主键，将包含所述映射关系、属性信息的完整属性数据表输出后使用网络数据库存储，数据库格式文件为.db。
S3：根据建筑构件属性信息中的建筑分类信息，获取每类建筑构件的可视距离D，建立建筑信息模型中各类构件按可视距离分层显示的映射表，记作模型-距离分层显示映射表。本步骤具体包含以下子步骤：
S31：根据建筑构件属性信息中的建筑分类信息，确定建筑信息模型中每个建筑构件的类型名称；
S32：确定三维场景视点到每类建筑构件的可视距离D；
建筑构造由外墙到建筑内部的构件类型及其D的具体取值可根据经验值确定；
S33：建立包含建筑构件类型名称和三维场景视点到建筑构件的可视距离D的模型-距离分层显示映射表后使用标准XML文档进行保存。
S4：使用空间八叉树算法对整个建筑信息模型建立空间立方体索引，基于该空间立方体索引依次计算每个建筑构件的空间位置索引信息。本步骤具体操作如下：
S41：使用空间八叉树算法对整个建筑信息模型所在空间建立索引，以其最小包围盒中心点作为八叉树空间立方体的中心点，以2k为空间立方体的边长建立八叉树，其中k为使所述边长大于且最接近于最小包围盒中最长一边的自然数；以中心点为原点将空间立方体分为8个象限，依次进行象限编号X＝{0,1,2,3,4,5,6,7}；
S42：每个象限为八叉树子节点，象限中心点为子节点中心点，象限边长为子节点空间立方体的边长，依次类推；记父节点为第0层，其8个子节点为第1层，则第n层共8n个子节点；对每一层所有子节点进行编号，其中第n层的任意子节点的编号为：
Pn(p,n)＝Pn(g1*8n-1+g2*8n-2+…gn*80，n)
其中gn为该子节点在n层所在的象限编号X；
S43：计算建筑信息模型中每个建筑构件的最小包围盒八个顶点所处位置，记为建筑构件位置M，M＝{m0,m1,m2,…,m7}；
S44：对于每个建筑构件位置M，将每个顶点mi从第0层开始，循环判断顶点位于第几象限，计算得到顶点mi在每一层所处的子节点编号Pn(p,n)，建立该顶点的八叉树空间位置索引，n＝{0,1,…,N}，N为预设的索引总层数，N的取值根据实际情况调整，一般最高取4层。将每个顶点对应的建筑构件的唯一标识写入该顶点的八叉树空间位置索引中。
S5：输出含有纹理样式和唯一标识的三维建筑构件文件并打包成构件模型压缩文件，将其进行网络发布，其属性信息可通过唯一标识查询网络数据库得到。本步骤具体操作如下：输出含有纹理样式和唯一标识的三维建筑构件文件，采用无损压缩方式进行打包压缩后(可对文件进行加密，但必选)将三维构件压缩文发布到网络，建筑构件对应属性信息可通过唯一标识查询S2中的网络数据库得到。
S6：网络端首先获取视点位置E，依序遍历各分层的空间立方体索引，计算立方体各象限中心点到视点位置的距离R，具体来说是遍历八叉树空间立方体索引的每个子节点，并针对每个子节点，计算该子节点立方体中心点到视点位置的距离R；获取距离R的同时可获取该子节点对应八叉树索引所记录的构件唯一标识(已在S44中被写入索引)，并得到这些构件所对应的构件类型，查询S3中建立的模型-距离分层显示映射表，得到构件的可视距离D，比较D和R，若R小于D，则将该构件唯一标识写入实时加载构件列表。由于列表中部分构件是重复的，因此需剔除重复的构件唯一标识，仅保留一个。
S7：根据实时加载的建筑构件列表，对应获取网络发布的构件模型，并进行绘制。本步骤具体操作如下：根据实时加载建筑构件列表，获取S5中服务器端打包发布的三维构件模型压缩文件，解压后在网络端绘制列表中的各构件。
当视点位置E改变时，可重复步骤S6-S7进行网络端绘制，实现实时显示。
下面将上述方法应用于具体实施例中，以便本领域技术人员能够更好地理解本发明的效果。
实施例
本实施例的步骤如下：
1)获取建筑信息模型数据。选取某建筑信息模型，如图2所示。此建筑信息模型文件为.rvt格式，文件大小为92MB，包含建筑的墙体、楼板、柱、门、窗、楼梯、扶手等类型建筑构件的模型信息。利用Revit软件二次开发读取及导出建筑模型信息的插件，读取建筑信息模型中建筑构件的唯一标识(即构件ID)、几何顶点坐标、纹理样式、属性等信息，点击“模型导出”功能按钮，根据提示选择需要模型导出的位置、导出选项、导出的族类型、特殊构件名称、以及材料名称等建筑模型信息，即将建筑构件的信息保存至内存中进行下一步处理，如图3所示。
2)输出建筑信息模型属性信息。根据上一步保存在内存中的建筑模型信息，提取建筑构件的属性信息，包括建筑构件的唯一标识、设计选型、类别、高度、体积等。遍历文件中每个建筑构件的信息，并依据唯一标识的属性值在文件中唯一对应一个建筑构件顶点几何信息，采用唯一标识与模型文件名称散列值计算的方式保证属性值的唯一性，建立建筑构件模型的属性信息与几何信息的映射关系，以唯一标识作为主键，将映射关系和其他属性信息的完整属性数据表使用mySQL数据库保存输出，结果文件为.db格式，通过网络数据库存储，如图4所示。
3)建立建筑信息模型中各构件按距离分层显示的映射表。预存模型构件类型的分层信息保存在ModelLOD表中，模型分层信息包括建筑构件类型名称和该类构件的可视距离D，使用Names字段表示建筑构件类型名称，使用Ranges字段表示该类型构件的可视距离，即视点位置到构件的距离在Range值范围内，则显示该类构件模型，否则不显示。遍历建筑信息模型所有构件，查询ModelLOD表中对应构件类型的可视距离，建立模型-距离分层显示映射表，使用标准XML文档进行保存。通过该模型-距离分层显示映射表，即可根据构件类型查询其对应的可视距离D。
4)建立建筑信息模型八叉树空间立方体索引。
4-1.获取建筑信息模型的最小包围盒，以包围盒的中心点为八叉树空间立方体的中心点，最长边长度的下一个2k为空间立方体边长(即k为使空间立方体边长大于且最接近于最小包围盒中最长边长度的自然数)建立八叉树空间立方体索引，立方体中心点为原点，将立方体划分为8个象限。边长为2k的空间立方体作为父节点，即第0层，象限编号X＝{0,1,2,3,4,5,6,7}。8个象限分别作为八叉树子节点，象限中心点为子节点中心点，象限边长为子节点空间立方体的边长，然后再针对子节点空间立方体继续划分8个象限，作为下一层子节点，依次类推，如图5所示。记父节点为第0层，其8个子节点为第1层，则第n层共8n个子节点。
本例模型中心位置为O(0,0,0)，最小包围盒的最长边为高，长度共115，则空间立方体的边长为27，即128。按父节点中心点O(0,0,0)的上下左右前后均分为8个象限，然后依次建立第1层、第2层、第3层和第4层立方体索引节点，各层节点分别为8、64、512和4096个。
4-2.在建立节点的同时，对节点编码，按照公式：
Pn(p,n)＝Pn(g1*8n-1+g2*8n-2+…gn*80，n)
其中gn为该子节点在n层所在的象限编号X；
如第2层63号节点为：P2(63，2)。保存索引编码和对应空间位置。空间立方体的边长为2n，进行四次剖分后，其空间索引的位置信息仍可用int变量保存。
4-3.遍历模型中的每个构件，以每个构件最小包围盒的8个顶点作为模型位置M，以构件位置M＝{m0,m1,m2,…,m7}为例，遍历每个构件位置的顶点mi，从第0层开始，判断位于第几象限，计算得到Pn(p,n)。
本例以窗户节点为例，其中m0(21.53,19.26,29.8)，在第1层中m0位于第3象限，在第2层中m0位于第4象限，在第3层中m0位于第3象限，在第4层中m0位于第0象限，因此可得到：
P1(3*80，1)
P2(3*81+4*80，2)
P3(3*82+4*81+3*80，3)
P4(3*83+4*82+3*81+0*80，4)
即P1(3，1)、P2(28，1)、P3(225，1)和P4(1816，4)共4个索引编码，作为该顶点的八叉树空间位置索引。
4-4.将M对应的构件ID分别写入这4个索引。
然后对于其余的7个顶点按相同的方式建立顶点的八叉树空间位置索引，并写入构件ID。
5)打包建筑信息模型数据。对建筑信息模型内各构件的几何信息和纹理信息分别进行输出，导出为三维格式通用格式(.osg)或自定义三维格式，以建筑构件的唯一ID命名。将导出的三维模型文件和属性数据库采用开源无损压缩方式得到压缩文件(.zip)，压缩后的总文件大小为36MB，最后将压缩文件发布到网络。
6)根据视点与索引位置距离、模型-距离分层显示映射表和索引信息，建立实时加载构件列表。首先获取视点位置，如E(32，32，32)。遍历八叉树空间立方体索引的每个子节点，计算每个子节点对应立方体中心点到视点位置E的距离R，每步计算同时，获取该子节点对应索引下所有构件ID，以窗户构件为例，得到构件对应的模型类型，查询模型-距离分层显示映射表获取该ID对应构件类型的可视距离D，如25，比较D和R，如果R<25，那么就将该ID写入实时加载的构件列表。对整棵八叉树中所有子节点进行遍历后，即可得到所有需要加载的构件ID，剔除重复的ID后即可得到当前需要实时加载的构件列表。
7)绘制模型。读取实时加载构件列表，从服务器端已打包发布的数据中获取列表中所有构件模型压缩文件，解压后在客户端进行绘制，效果如图6所示。
8)若改变视点位置E，则重复步骤6)、7)完成客户端绘制。
综上所述，本发明充分利用三维建筑信息模型作为数据源，充分发挥建筑信息数据详尽、精度高的特性，有效满足各方对建筑信息准确性和可靠性的需求。相比文件拷贝进行信息共享的方法，本发明对建筑信息模型数据进行了优化发布，提高了数据利用效率，解决了因建筑信息模型数据庞大难以在网络上共享应用难题。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：获取建筑信息模型文件中建筑构件的模型信息，所述模型信息包括建筑构件的唯一标识、几何信息、纹理样式、属性信息，并将其暂存至计算机内存中；
S2：利用建筑构件的唯一标识区分不同建筑构件，建立建筑构件的几何信息与属性信息的映射关系，并将包含唯一标识、所述映射关系、属性信息的完整属性输出，使用网络数据库存储；
S3：根据建筑构件属性信息中的建筑分类信息，获取每类建筑构件的可视距离D，建立建筑信息模型中各类构件按可视距离分层显示的映射表，记作模型-距离分层显示映射表；
S4：使用空间八叉树算法对整个建筑信息模型建立空间立方体索引，基于该空间立方体索引依次计算每个建筑构件的空间位置索引信息；
S5：输出含有纹理样式和唯一标识的三维建筑构件文件并打包成构件模型压缩文件，将其进行网络发布，其属性信息可通过唯一标识查询网络数据库得到；
S6：网络端首先获取视点位置E，遍历八叉树空间立方体索引的每个子节点；针对每个子节点，计算该子节点立方体中心点到视点位置的距离R，同时获取该子节点对应八叉树索引所记录的构件唯一标识，并得到这些构件所对应的构件类型，查询S3中建立的模型-距离分层显示映射表，得到构件的可视距离D，比较D和R，若R小于D，则将该构件唯一标识写入实时加载构件列表，剔除重复的构件唯一标识；
S7：根据实时加载的建筑构件列表，获取网络发布的构件模型，并进行绘制。
2.根据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法，其特征在于所述S2具体操作如下：依次读取每个建筑构件的唯一标识，将唯一标识与建筑信息模型文件名称进行散列值计算，建立建筑构件几何信息与属性信息的映射关系，以唯一标识作为主键，将包含所述映射关系、属性信息的完整属性数据表输出后使用网络数据库存储，数据库格式文件为.db。
3.根据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布与可视化方法，其特征在于所述S3包含以下子步骤：
S31：根据建筑构件属性信息中的建筑分类信息，确定建筑信息模型中每个建筑构件的类型名称；
S32：确定三维场景视点到每类建筑构件的可视距离D；
S33：建立包含建筑构件类型名称和三维场景视点到建筑构件的可视距离D的模型-距离分层显示映射表后使用标准XML文档进行保存。
4.根据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布方法，其特征在于所述S4具体操作如下：
S41：使用空间八叉树算法对整个建筑信息模型所在空间建立索引，以其最小包围盒中心点作为八叉树空间立方体的中心点，以2k为空间立方体的边长建立八叉树，其中k为使所述边长大于且最接近于最小包围盒中最长一边的自然数；以中心点为原点将空间立方体分为8个象限，依次进行象限编号X＝{0,1,2,3,4,5,6,7}；
S42：每个象限为八叉树子节点，象限中心点为子节点中心点，象限边长为子节点空间立方体的边长，依次类推；记父节点为第0层，其8个子节点为第1层，则第n层共8n个子节点；对每一层所有子节点进行编号，其中第n层的任意子节点的编号为：
Pn(p,n)＝Pn(g1*8n-1+g2*8n-2+…gn*80，n)
其中gn为该子节点在n层所在的象限编号X；
S43：计算建筑信息模型中每个建筑构件的最小包围盒八个顶点所处位置，记为建筑构件位置M，M＝{m0,m1,m2,…,m7}；
S44：对于每个建筑构件位置M，将每个顶点mi从第0层开始，循环判断顶点位于第几象限，计算得到顶点mi在每一层所处的子节点编号Pn(p,n)，建立该顶点的八叉树空间位置索引，n＝{0,1,…,N}，N为预设的索引总层数，将每个顶点对应的建筑构件的唯一标识写入该顶点的八叉树空间位置索引中。
5.根据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布方法，其特征在于所述N的取值根据实际情况调整，最高取4层。
6.根据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布方法，其特征在于所述S5具体操作如下：输出含有纹理样式和唯一标识的三维建筑构件文件，采用无损压缩方式进行打包压缩后将三维构件压缩文发布到网络，建筑构件对应属性信息可通过唯一标识查询网络数据库得到。
7.据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布方法，其特征在于所述S5中的打包压缩过程中可对文件进行加密。
8.根据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布方法，其特征在于所述S7具体操作如下：根据实时加载建筑构件列表，获取服务器端打包发布的三维构件压缩文件，解压后在网络端进行绘制。
9.根据权利要求1所述的一种面向网络的建筑信息模型数据发布方法，其特征在于当视点位置E改变时，重复步骤S6-S7进行网络端绘制。
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