CN109408907B - 一种制造三维建筑实物模型的方法和装置 - Google Patents

一种制造三维建筑实物模型的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种制造三维建筑实物模型的方法和装置，涉及建筑模型设计领域。本申请提供一种制造三维建筑实物模型的装置，包括三维建筑基础模型库和三维设计系统模块；三维建筑基础模型库，用于存储有多种供生成三维建筑信息模型所需的各种模型信息；三维设计系统模块，用于将三维建筑基础模型库中的模型信息依据用户需求进行部署，生成三维建筑信息模型；将建立的三维建筑信息模型自动转换为3D打印格式文件，进而经3D打印机打印制造出三维建筑实物模型。采用本申请的技术方案解决现有计算机软件不直观、专业知识要求高、普及难以及使用不便捷的问题，并能够兼容二维工程设计软件，实现三维建筑实物模型的打印制造。

Description

一种制造三维建筑实物模型的方法和装置
技术领域
本申请涉及建筑模型设计领域，尤其涉及一种制造三维建筑实物模型的方法和装置。
背景技术
现有的设计建立打印三维建筑信息模型的方法，首先是通过计算机建模软件设计建立数字化三维建筑信息模型，再将建立的数字化三维建筑信息模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导3D打印机逐层打印。设计软件和3D打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面，三角面越小其生成的表面分辨率越高。
现有流行的设计建立数字化三维建筑信息模型的计算机软件(以下简称现有计算机软件)都是采用了“平面绘制，转化三维”的方法。现有的建立数字化三维建筑信息模型的方法主要工作过程如下：
(1)绘制外墙。用计算机“鼠标”点击“外墙图标”后，输入建筑物高度尺寸,在平面图上，拖动光标绘制建筑物外墙轮廓线。
(2)绘制内墙。用计算机“鼠标”点击“内墙图标”后，选择确定需要绘制内墙的楼层，在平面图上，拖动光标绘制相应楼层的内墙轮廓线。
(3)绘制门窗。用计算机“鼠标”点击“门窗图标”后，选择确定门窗类型，输入门窗长度、宽度和高度尺寸，在平面图上，拖动“门窗图形”将其放置到墙壁轮廓线合适的位置上。
(4)绘制楼梯、房顶。用计算机“鼠标”分别点击“楼梯、房顶图标”后，选择确定楼梯、房顶类型，输入楼梯、房顶长度、宽度和高度等相应尺寸，在平面图上，拖动“楼梯、房顶图形”将其放置到合适的位置上。
(5)转化成三维建筑信息模型。完成附带有高度位置等信息的建筑设计二维平面图后，点击“二维转三维按纽”，建筑设计二维平面图即可转化生成三维建筑信息模型。
现有计算机软件在设计建立数字化三维建筑信息模型过程中，存在一些明显不足之处。
首先，设计过程不直观，专业化程度高，难以普及。外墙、内墙、门窗、楼梯、房顶等建筑基础部件都要在二维平面图上进行绘制设计，再转化形成数字化三维建筑信息模型。由于不能即时呈现三维化建筑场景，设计过程必须将二维平面图抽象成三维场景进行设计，使用者需要具有良好的专业知识和较强的抽象思维能力。因此，现有计算机软件的使用对象是针对专业人员设计的，不适用于普通消费者。即使普通消费者有意愿学习，也难以掌握使用。
其次，受现有计算机软件采用方法的局限，形成的三维建筑信息模型修改繁琐，智能化程度不高。三维建筑信息模型形成后，难以避免要进行局部修改，但现行计算机软件不能直接对三维建筑信息模型的局部进行修改，首先要在二维平面图上进行修改，转化为三维建筑信息模型后，才能看到修改后的三维效果，进而进一步推敲修改方案的合理性，修改的便捷性不能适应需求，特别是不能适应施工现场的需求，而且转化成三维建筑信息模型后不能自动的转换为3D打印机能够识别的软件格式文件；现有的三维建筑信息模型一般都比较大，传输较慢，不方便存储和使用。
最后，与主流的建筑领域二维工程设计软件(如AutoCAD，以下简称二维工程设计软件)不兼容，使用成本较高，造成资源浪费。目前建筑领域设计上多采用二维工程设计软件，许多已经竣工的建筑工程也是利用二维工程设计软件进行设计的。现有计算机软件与建筑领域二维工程设计软件不能够兼容，弊端体现在两个方面，一是由于现有计算机软件与建筑领域二维工程设计软件使用方法完全不同，使用者学会两种软件做同一件事或要求两个人各学会使用一种软件，将会产生人力成本增加、人力资源浪费的问题；二是建筑工程实现三维化设计并建立三维建筑信息模型是未来发展大趋势，由于现有计算机软件没有解决将二维工程设计软件的图纸转化为三维建筑信息模型的问题，致使许多使用二维工程设计软件出的图纸闲置，造成社会资源的极大浪费。
发明内容
本申请的目的在于提供一种制造三维建筑实物模型的方法和装置，解决现有计算机软件不直观、专业知识要求高、普及难以及使用不便捷的问题，能够兼容二维工程设计软件，实现三维状态与二维状态的随时切换。
为达到上述目的，本申请提供一种制造三维建筑实物模型的装置，三维建筑基础模型库和、三维设计系统模块和三维打印系统模块；
所述三维建筑基础模型库，用于存储有多种供生成三维建筑信息模型所需的各种模型信息；
所述三维设计系统模块，用于将三维建筑基础模型库中的模型信息依据用户需求进行部署，生成三维建筑信息模型；
所述三维打印系统模块，用于将所述三维建筑信息模型打印生成三维建筑实物模型。
如上的，其中，所述装置还包括三维数字模型模块和/或用户模块，用于为所述三维建筑基础模型库提供模型信息。
如上的，其中，所述用户模块还用于将移动设备拍摄的实物建筑材料照片上传至三维建筑基础模型库。
如上的，其中，所述三维设计系统模块包括输入/输出模块、状态转换模块和基础模型部署模块；
输入/输出模块用于将三维建筑基础模型库中的模型信息解析为基础模型数据，根据基础模型数据生成三维建筑信息模型；
状态转换模块，用于实现建筑场景实时、动态的在三维状态和二维状态之间任意切换；
基础模型部署模块，能够在三维状态或二维状态下，通过分割、分层、延伸、剪裁、捕捉、匹配、插入、布线方法，将三维建筑基础模型调整放置到需要的位置。
如上的，其中，所述装置还包括三维编辑系统模块；
所述三维编辑系统模块，能够在三维状态或二维状态下，通过模型编辑方法、面编辑方法、铺设方法和贴合方法，对三维建筑信息模型中的每个基础模型进行编辑操作；还用于调整三维建筑信息模型表面形状和尺寸；还用于装饰材料并调整材质尺寸；还用于调整装饰线尺寸。
如上的，其中，所述装置还包括三维配置系统模块，用于为三维建筑信息模型配置家具和灯具。
如上的，其中，所述装置还包括三维管理系统模块，通过浏览、施工管理、测量等技术，对三维建筑信息模型进行管理。
如上的，其中，所述装置还包括兼容二维工程设计模块，用于通过读取建筑结构部件两张二维工程图纸，生成该建筑结构部件的三维建筑信息模型。
如上的，其中，所述装置还包括三维打印系统模块，用于将建立的数字化三维建筑信息模型自动转换为3D打印格式，合成为含有材质色彩信息的格式文件，后经3D打印机打印出彩色的三维建筑实物模型。
如上的，其中，三维打印系统模块还用于对创建的三维建筑信息模型进行修复，具体用于：
遍历三维建筑信息模型的三角面，得到三角面数量；
从第一个三角面开始，将第一个三角面作为当前三角面，查找与当前三角面相邻的其他三角面；
根据三角面排列规范判断是否需要修复当前三角面，是则对当前三角面进行修复；依据三角面的数量判断是否修复完所有三角面，是则将修复后的三维建筑信息模型转换为STL文件，合成含有材质色彩信息的WRP格式文件，经3D打印机打印出彩色的三维建筑实物模型。
本申请还提供一种三维建筑实物模型的制造方法，包括：
导入三维建筑基础模型库；
将三维建筑基础模型库中的模型信息依据用户需求进行部署，生成三维建筑信息模型，并提供了将三维建筑信息模型自动转换为3D打印格式文件的方法，进而经3D打印机打印出三维建筑实物模型。
本申请实现的有益效果如下：
(1)设计过程直观，方法易学，成果易检验。本发明能够在设计全过程中实现三维状态设计，同时也兼容二维状态设计，解决了现有计算机软件必须在二维平面图上进行绘制设计、再转化形成数字化三维建筑信息模型的问题，使得设计过程非常直观；通过发明的一整套计算机程序和算法，使得设计方法简便易学；通过能够随时显示数字化三维建筑信息模型和打印出的三维设计建筑实物模型，使得设计成果一目了然，便于检验。
(2)能够与二维工程设计软件兼容，降低使用成本，提高资源利用。本发明能够与二维工程设计软件兼容互通，智能化转换；掌握二维工程设计软件的人员不必重新学习三维软件的用法，即可实现三维设计；现有的大量二维工程设计图纸，不必用三维设计软件重新绘制，就能够便捷地转化为三维资料；进行三维化修改后的三维建筑信息模型，能够对信息模型中的三角形面进行修复，自动转换为3D打印机能够识别的格式文件，而且三维建筑信息模型分块存储，方便存储和使用；还能够存储为二维工程设计软件原有格式，满足当前和今后发展趋势的需要，提高了资源利用，减少了浪费。
(3)能够便捷地修改设计，智能化程度高。本发明能够在三维状态对设计进行修改和存储；能够对三维建筑信息模型及时绘制出所需的任意角度、任意截面的平面图、立面图、剖面图等二维设计图纸，能够对三维建筑信息模型进行任意角度、任意楼层、任意房间的全覆盖、无盲区的三维化展示浏览；能够为基于三维建筑信息模型基础上的工程施工、预算管理、运营维护等管理技术发展，奠定基础。
(4)普通住宅消费者能够深度参与家居设计，促进建筑装修领域的定制化发展，减少资源浪费，降低环境污染。住宅设计家装市场有很大需求，受现行设计方法局限，由于难以便捷地形成三维建筑信息模型和实物模型，也难以便捷地浏览并修改三维建筑信息模型和实物模型，同时普通住宅消费者受建筑工程专业知识所限，难以读懂二维设计图纸，造成普通住宅消费者与设计师之间沟通不畅，装修施工期间或竣工后，普通住宅消费者因设计装修效果不理想，引发纠纷，甚至拆除进行二次设计装修，造成大量浪费的事件时有发生。本发明能够使普通住宅消费者深度参与设计装修，对装修材质、配置家具的效果进行预览，提出定制要求，有效解决了普通住宅消费者与设计师沟通不畅的问题，减少了浪费，降低了环境污染，提高了消费者满意度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为制造三维建筑实物模型的装置图；
图2为对三维建筑信息模型进行打印修复的操作流程图；
图3为对三维建筑信息模型进行打印修复的具体示意图；
图4为对三维建筑信息模型分块存储的具体流程图；
图5为制造三维建筑实物模型的方法流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有计算机软件不直观、专业知识要求高、普及难以及使用不便捷问题，同时能够兼容二维工程设计软件，实现三维状态与二维状态的随时切换，本申请提供一种制造三维建筑实物模型的装置，如图1所示，包括三维建筑基础模型库1和三维设计系统模块2；
其中，三维建筑基础模型库1中存储有多种供生成三维建筑信息模型所需的各种模型信息；三维设计系统模块2将三维建筑基础模型库1中的模型信息依据用户需求进行部署，生成三维建筑信息模型。
下述的实施例中对所述装置进行详细描述。
实施例一
本申请实施例一对三维建筑基础模型库1进行详细描述，具体为：
所述装置还包括三维数字模型模块3和/或用户模块4，用于为三维建筑基础模型库1提供模型信息；
优选的，三维数字模型模块3提供建模工具，依据用户需求，输入模型特征尺寸建立三维建筑基础模型，能够对三维建筑基础模型在三维状态或二维状态下便捷、准确地进行结构、形状和尺寸的编辑操作以及全方位预览；三维数字模型模块3通过与三维建筑基础模型库的上传接口将建立的三维建筑基础模型添加至三维建筑基础模型库1中；
除此之外，用户模块4与三维建筑基础模型库1连接，用户模块4将用户使用的三维建模软件自行设计建立所需要的三维建筑基础模型，添加到三维建筑基础模型库1中；
更进一步的，用户模块4将用户用手机等移动设备拍摄的实物建筑材料照片上传至三维建筑基础模型库1中，作为模型材质供模型使用；
三维建筑基础模型库1中包括但不限于墙体、柱、楼地层、梁、楼梯、屋顶、门窗、阳台、管道和电线以及其他如房屋吊顶、踢脚线等模型；
其中，墙体包括外墙和内墙；内墙分为承重墙、非承重墙(即隔断)，墙体模型分“口字型”、“一字型”、“L型”、“U字型”、“矩型”、“波面型”等基础墙体模型；
示例性的，柱模型分为“圆型”、“矩型”等基础柱模型；楼地层模型分为“平面型”、“阶梯型”等基础楼地层模型；梁模型分为“圆型”、“矩型”等基础梁模型；楼梯模型分为“单跑楼梯”、“双跑楼梯”、“多跑楼梯”等基础楼梯模型；屋顶模型分为“平顶”、“坡屋顶”、“曲面屋顶”、“多波式屋顶”等基础屋顶模型；门窗模型分为“平面门”、“旋转门”、“单扇窗”、“双扇窗”等基础门窗模型；阳台模型分为“矩形全封闭”、“矩形半敞开”等基础阳台模型；管道和电线模型分为“圆型”、“矩型”等基础管道和基础电线模型。
实施例二
本申请实施例二对三维设计系统模块2进行详细描述，具体为：
所述三维设计系统模块2包括输入/输出模块21、状态转换模块22和基础模型部署模块23；
其中，输入/输出模块21用于对三维设计系统模块建立的三维建筑信息模型文件进行读入和存储操作；提供三维建筑基础模型的数字输入接口，将加载的三维建筑基础模型库1中的模型信息解析为基础模型数据，根据基础模型数据生成三维建筑信息模型。
状态转换模块22，用于实现建筑场景实时、动态的在三维状态和二维状态之间任意切换。
基础模型部署模块23，在便捷的三维状态下，通过分割、分层、延伸、剪裁、捕捉、匹配、插入、布线等方法，将三维建筑基础模型调整放置到需要的位置；同时上述方法也可在传统的二维状态下实现；具体方法操作如下：
分割方法，具体为选定分割属性方法，接收鼠标点击墙壁位置得到分割点坐标，即可得到墙壁外闭合线L1的分割点P1a、P1b和内闭合线L2的分割点P2a、P2b，添加移动标记，按照箭头方向拖动墙壁，接收移动标记的移动，依据移动方向和距离，计算移动后的分割点P1a、P1b、P2a、P2b的坐标，刷新移动标记，更新外闭合线L1和内闭合线L2；然后依据已知墙高，绘制墙壁；
示例性的，用“鼠标”点击墙壁，选择纵向或横向分割，即“鼠标”点击点将与墙壁表面和地面均垂直，或将与墙壁表面垂直和地面平行的平面分割为两部分，然后按照箭头方向进行推拉，将三维墙壁模型调整为所需要的凹凸、半圆、曲线等形状和外形尺寸。
分层方法，具体为选择分层属性方法，接收鼠标点击墙壁位置确定分层线，添加移动标记，接收移动标记拖动的位置改变，控制楼房墙壁形成的高度；预先约定外墙和承重墙不受分层的影响，可以按楼房高度或设定高度形成，非承重墙不能穿透楼板，高度智能在本楼层的顶板、地板间进行调整。
延伸方法，具体为选择延伸属性方法，接收选择的内墙延伸模式，若选择自动延伸模式，则根据建筑模型的高度和长度设置相应高度和长度的内墙，使得内墙与其他墙壁相接触；若选择非自动延伸模式，则为添加的内墙添加移动标记，依据需要的长度和高度进行位置拖动。
剪裁方法，具体为选择剪裁属性方法，监测到拖入内墙后，计算分割后的闭合线L1和闭合线L2，添加移动标记；依据内墙移动方向和距离，重新计算闭合线L1和闭合线L2，刷新移动标记；依据已知墙高，绘制剪裁后的墙壁和地面。
捕捉方法，具体为选择捕捉属性方法，监测到拖入内墙后，计算闭合线分割后的闭合线L1和闭合线L2，添加移动标记；依据内墙移动方向和距离，重新计算闭合线L1和闭合线L2，刷新移动标记；当检测到内墙上的点P1与拐角上的点P2之间的距离小于墙厚度时，移动内墙使得P1点与P2点贴合，删除P1点与P2点，重新计算闭合线L1和闭合线L2，依据已知墙高，绘制捕捉后的墙壁和地面；
示例性的，当检测到内墙与外墙拐角或其他内墙拐角接触连接时，拖入内墙后自动捕捉、找齐对位、无缝拼接，并将处于同一平面的不同墙壁模型的表平面自动无缝拼接成一个平面。
匹配方法，具体为选定基础楼地层模型或基础屋顶模型后，楼地层模型或屋顶模型将与房屋结构自动匹配，能够按照长宽高三个维度进行拖拉，调整外形尺寸。
插入方法，具体为监测到窗户模型被拖入墙壁，接收鼠标点击墙壁的接触点，得到门窗的位置坐标，在窗户模型外檐添加调整标记，墙壁与门窗做布尔差运算，在墙壁上挖出与窗户模型结构同样大小的孔用于放置插入的窗户；
示例性的，将门、窗等模型插入到墙壁中，并通过拖拽等方式，调整门、窗等模型的位置，在控制面板中调整外形尺寸。
布线方法，具体为选择布线属性方法，将墙壁切换为半透明模式，监测到鼠标点击墙壁坐标，将其作为布线节点，插入生成布线模型，添加调整标记；根据布线模型(管道模型或电线模型等)的位置和外形尺寸，可在三维状态或二维状态下，拖动调整标记进行修改。
实施例三
本实施例中，所述装置还包括三维编辑系统模块5，实施例三对三维编辑系统模块5进行详细描述，具体如下：
三维编辑系统模块5连接三维设计系统模块2，用于对三维设计系统模块2生成的三维建筑信息模型进行编辑；具体编辑操作包括模型编辑方法、面编辑方法、铺设方法和贴合方法；
模型编辑方法，在设计建立三维建筑信息模型的过程中以及完成后，均可对三维建筑信息模型中的每个基础模型进行增加、删除、移动、调整尺寸等操作。
面编辑方法，通过对房屋、外墙、内墙、地面等表面插入节点或推拉表面线等方式，调整表面形状和尺寸。
铺设方法，对屋顶、外墙、内墙、地面等表面装置材料，如：调整磁砖、地板等材质尺寸并计算铺设的数量；具体为：为墙壁表面赋材质，通过调整所赋材质的UV坐标比例系统，改变单个材质表面尺寸，依据墙壁表面结构尺寸，计算材质铺设数量。
贴合方法，将地脚线、屋顶线等装饰线，沿着房屋自动贴合放置，调整尺寸，根据调整后的尺寸重新计算铺设的长度。
实施例四
本实施例中，所述装置还包括三维配置系统模块6，实施例四对三维配置系统模块6进行详细描述，具体如下：
三维配置系统模块6连接三维设计系统模块2，用于为三维设计系统模块2生成的三维建筑信息模型配置家具和灯具；
其中，配置家具采用成组摆放技术，将桌椅等家具成组或单个地摆放到任意需要的位置，并能够删除或调整任意一个家具的摆放位置和尺寸。
配置灯具采用灯光技术，将灯具放置到任意需要的位置，调整灯光的辐射范围、强度、射角、颜色等；灯具包括灯、辅助灯、射灯等。
实施例五
本实施例中，所述装置还包括三维管理系统模块7，实施例五对三维管理系统模块7进行详细描述，具体如下：
三维管理系统模块7连接三维设计系统模块2，通过浏览、施工管理、测量等技术，对三维设计系统模块2生成的三维建筑信息模型进行管理。
其中，浏览技术，对三维建筑信息模型进行隐去外墙、隐去房顶、分层浏览、室内室外浏览、VR浏览等。
施工管理技术，包括施工进度显示和预算管理；施工进度显示具体为按照施工进度计划，在三维状态下模拟显示工程进度，检查施工计划的合理性，优化施工进度安排；预算管理将价格与建筑工程概算的各个子项一一对应，汇总形成建筑工程总概算，从而达到控制工程概算的目的。
测量技术，随时显示三维建筑信息模型及三维建筑信息模型内每个模型的外形尺寸，并能够测量和显示模型间的距离。
实施例六
本实施例中，所述装置还包括兼容二维工程设计模块8，实施例六对兼容二维工程设计模块8进行详细描述，具体如下：
兼容二维工程设计模块8连接三维设计系统模块2，对二维工程设计软件绘制的二维工程图纸建筑结构部件重新定义为本装置规范的基础三维模型信息，通过读取建筑结构部件两张二维工程图纸(如俯视图和左视图等)的信息，得到其每个点的三维坐标值，然后调用三维设计系统模块2，自动生成该建筑结构部件的三维建筑信息模型。
实施例七
本实施例中，所述装置还包括三维打印系统模块9，实施例七对三维打印系统模块9进行详细描述，具体如下：
三维打印系统模块9连接三维编辑系统模块5、三维配置系统模块6和三维管理系统模块7，为每个模块提供三维打印功能；将建立的数字化三维建筑信息模型自动转换为3D打印格式STL文件，再经有关专用软件合成为含有材质色彩信息的WRP格式文件，后经3D打印机打印出彩色的三维建筑实物模型；
由于三维建筑信息模型中需要有门窗等的插入，模型墙壁上会增加孔洞，造成墙壁内三角面的排列不规则，导致转换后的STL文件出现缝隙问题而无法打印，本申请采用“模型三角面遍历修复算法”将建立的数字化三维建筑信息模型自动转换为3D打印格式STL文件，在生成STL文件前，对不规范的三角面逐一修复，解决了模型转换中常见的出现“缝隙”而无法打印的问题，使得制作完成的三维建筑信息模型能够即时打印制造出来，参见图2，具体操作为：
步骤21：遍历三维建筑信息模型的三角面，得到三角面数量；
步骤22：从第一个三角面开始，将第一个三角面作为当前三角面，查找与当前三角面相邻的其他三角面；
步骤23：根据三角面排列规范判断是否需要修复当前三角面，是则对当前三角面进行修复，执行步骤24，否则直接执行步骤24；
如图3所示，三角面排列规则具体为：相邻的两个三角面的边不能一一对应，即图3的3-1中不规范三角面中C的一边对应A另一边对应B、B的一边对应A另一边对应C、然而A的三角形的斜边连接B和C，并不是一一对应关系，因此A不符合三角面排列规范，因此需要对A进行修复，修复过程为将三角面A与相邻三角面B和C的接触点与A的顶点连接成线，对A进行分割修复，修复后的三角面如图3的3-2所示。
步骤24：依据三角面的数量判断是否修复完所有三角面，是则执行步骤25，否则将当前三角面的下一三角面作为当前三角面，继续执行步骤23；
具体为，当判定进行修复判定的三角面的数量达到三角面的总数量，则表示修复完所有三角面。
步骤25：将修复后的三维建筑信息模型转换为STL文件，合成含有材质色彩信息的WRP格式文件，经3D打印机打印出彩色的三维建筑实物模型。
实施例八
本实施例中，所述装置还包括三维建筑信息模型存储模块，由于现在制造的三维建筑信息模型越来越精细、越来越复杂，这些复杂模型的模型数量动辄数以万计、甚至达到百万量级；因此本申请通过将制造的三维建筑信息模型进行分块处理，将这些复杂模型分割成一系列相对简单、数据量小的模型，通过独立存储和处理这些简单模型，极大地提高存储、处理、渲染等工作效率，并将有利于目标检测、局部匹配、三维检索等工作，使得模型管理和重用成为可能。以下对分块存储进行详细描述，如图4所示，具体如下：
步骤41：检测输入的三维建筑信息模型中包括的平面，输入的三维建筑信息模型以三角面描述；
步骤42：根据检测出的平面，提取三维建筑信息模型的轮廓图，提取三维建筑信息模型的外部边缘图；
步骤43：将提取的外部边缘图分离成若干个子图；
步骤44：为分离出的各个子图重建三维建筑信息子模型，重建出的三维建筑信息子模型采用三角面表达。
更进一步的，对于制造的三维建筑信息模型，由于插入有门窗等模型，因此模型上存在有各种形状的孔，导致三维建筑信息模型表面法线的错乱，因此需要对各种孔进行处理，具体为：
步骤b1：判断三维建筑信息模型重建出的三维建筑信息子模型是否存在孔；
本实施例中，判断三维建筑信息子模型是否存在孔，具体为：
步骤b1-1：初始化两个变量：a＝0，b＝0，分别表示指向物体表面外侧的平面的面积，以及指向物体表面内侧的平面的面积之和；
步骤b1-2：遍历三维建筑信息子模型外部边缘图中的每一个平面，从而更新a和b的数值；
对每一个平面做如下操作：
判断与该平面上顶点相连接并且不在该平面上的顶点是否全部处于该平面的一侧，是则判断这些点位于该平面的内侧还是外侧；
具体根据下式判断是内侧还是外侧：
Figure BDA0001818650130000151
其中，
Figure BDA0001818650130000152
代表该平面A的法线向量，p代表平面上的点，q表示与p相连接且不在一个平面上的点，
Figure BDA0001818650130000153
为点q的方向向量，
Figure BDA0001818650130000154
为点p的方向向量。如果计算得到f(p)>0，则认为在平面的外侧，则更新a＝a+SA，SA表示该平面A的面积；如果f(p)<0，则认为在平面的内侧，则更新b＝b+SA；
遍历所有平面后，根据a和b之间的大小关系，确定该图所对应的物体是否是孔，如果a＞b表示输入的图对应的物体不是孔，否则是孔。
步骤b2：当判断出重建的三维建筑信息子模型存在孔时，改变该重建出的三维建筑信息模型的所有三角面的法线方向；
其中，改变所有三角面的法线方向，即将每个三角面的法线改变为相反的方向，使得模型表面法线方向指向外侧，以便于模型渲染和显示。
实施例九
在实施例一至八制造三维建筑实物模型的装置的基础上，本申请实施例九提供一种制造三维建筑实物模型的方法，如图5所示，包括：
步骤51：导入三维建筑基础模型库；
具体的，将建模工具或用户自行设计的三维建模软件或实物建筑材料照片等生成的三维建筑基础模型导入三维建筑基础模型库中。
步骤52：将三维建筑基础模型库中的模型依据用户需求进行部署，生成三维建筑信息模型；
对三维建筑基础模型库中的模型信息进行设计、编辑、配置、管理，生成三维建筑信息模型；
本实施例中，除使用三维建筑基础模型库生成三维建筑信息模型外，还可以通过读取建筑结构部件的二维工程图纸，将二维工程图纸转换生成为三维建筑信息模型。
步骤53：打印制造三维建筑实物模型；
在生成三维建筑信息模型后，采用“模型三角面遍历修复算法”将建立的数字化三维建筑信息模型转换为3D打印格式，合成含有材质色彩信息的格式文件，经3D打印机打印出彩色三维建筑实物模型。
本申请实现的有益效果如下：
(1)设计过程直观，方法易学，成果易检验。本发明能够在设计全过程中实现三维状态设计，同时也兼容二维状态设计，解决了现有计算机软件必须在二维平面图上进行绘制设计、再转化形成数字化三维建筑信息模型的问题，使得设计过程非常直观；通过发明的一整套计算机程序和算法，使得设计方法简便易学；通过能够随时显示数字化三维建筑信息模型和打印出的三维设计建筑实物模型，使得设计成果一目了然，便于检验。
(2)能够与二维工程设计软件兼容，降低使用成本，提高资源利用。本发明能够与二维工程设计软件兼容互通，智能化转换；掌握二维工程设计软件的人员不必重新学习三维软件的用法，即可实现三维设计；现有的大量二维工程设计图纸，不必用三维设计软件重新绘制，就能够便捷地转化为三维资料；进行三维化修改后的三维建筑信息模型，能够对信息模型中的三角形面进行修复，自动转换为3D打印机能够识别的格式文件，而且三维建筑信息模型分块存储，方便存储和使用；还能够存储为二维工程设计软件原有格式，满足当前和今后发展趋势的需要，提高了资源利用，减少了浪费。
(3)能够便捷地修改设计，智能化程度高。本发明能够在三维状态对设计进行修改和存储；能够对三维建筑信息模型及时绘制出所需的任意角度、任意截面的平面图、立面图、剖面图等二维设计图纸，能够对三维建筑信息模型进行任意角度、任意楼层、任意房间的全覆盖、无盲区的三维化展示浏览；能够为基于三维建筑信息模型基础上的工程施工、预算管理、运营维护等管理技术发展，奠定基础。
(4)普通住宅消费者能够深度参与家居设计，促进建筑装修领域的定制化发展，减少资源浪费，降低环境污染。住宅设计家装市场有很大需求，受现行设计方法局限，由于难以便捷地形成三维建筑信息模型和实物模型，也难以便捷地浏览并修改三维建筑信息模型和实物模型，同时普通住宅消费者受建筑工程专业知识所限，难以读懂二维设计图纸，造成普通住宅消费者与设计师之间沟通不畅，装修施工期间或竣工后，普通住宅消费者因设计装修效果不理想，引发纠纷，甚至拆除进行二次设计装修，造成大量浪费的事件时有发生。本发明能够使普通住宅消费者深度参与设计装修，对装修材质、配置家具的效果进行预览，提出定制要求，有效解决了普通住宅消费者与设计师沟通不畅的问题，减少了浪费，降低了环境污染，提高了消费者满意度。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，包括三维建筑基础模型库、三维设计系统模块和三维打印系统模块；
所述三维建筑基础模型库，用于存储有多种供生成三维建筑信息模型所需的各种模型信息；
所述三维设计系统模块，用于将三维建筑基础模型库中的模型信息依据用户需求进行部署，生成三维建筑信息模型；
所述三维打印系统模块，用于将所述三维建筑信息模型打印生成三维建筑实物模型；
所述三维打印系统模块在打印三维建筑实物模型时，还包括以下步骤：
步骤1：遍历三维建筑信息模型的三角面，得到三角面数量；
步骤2：从第一个三角面开始，将第一个三角面作为当前三角面，查找与当前三角面相邻的其他三角面；
步骤3：根据三角面排列规范判断是否需要修复当前三角面，是则对当前三角面进行修复，执行步骤4，否则直接执行步骤4；所述三角面排列规范具体为相邻的两个三角面的边不能一一对应；
步骤4：依据三角面的数量判断是否修复完所有三角面，是则执行步骤5，否则将当前三角面的下一三角面作为当前三角面，继续执行步骤3；
步骤5：将修复后的三维建筑信息模型转换为STL文件，合成含有材质色彩信息的WRP格式文件，经3D打印机打印出彩色的三维建筑实物模型；
所述装置还包括三维建筑信息模型存储模块，用于将制造的三维建筑信息模型进行分块处理，将复杂模型分割成一系列相对简单、数据量小的模型，其中，分块存储包括如下步骤：
步骤41：检测输入的三维建筑信息模型中包括的平面，输入的三维建筑信息模型以三角面描述；
步骤42：根据检测出的平面，提取三维建筑信息模型的轮廓图，提取三维建筑信息模型的外部边缘图；
步骤43：将提取的外部边缘图分离成若干个子图；
步骤44：为分离出的各个子图重建三维建筑信息子模型，重建出的三维建筑信息子模型采用三角面表达；
其中对模型上存在有各种形状的孔做如下处理，具体步骤为：
步骤b1：判断三维建筑信息模型重建出的三维建筑信息子模型是否存在孔；
步骤b2：当判断出重建的三维建筑信息子模型存在孔时，改变该重建出的三维建筑信息模型的所有三角面的法线方向。
2.如权利要求1所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述装置还包括三维数字模型模块和/或用户模块，用于为所述三维建筑基础模型库提供模型信息。
3.如权利要求2所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述用户模块还用于将移动设备拍摄的实物建筑材料照片上传至三维建筑基础模型库。
4.如权利要求1所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述三维设计系统模块包括输入/输出模块、状态转换模块和基础模型部署模块；
输入/输出模块用于将三维建筑基础模型库中的模型信息解析为基础模型数据，根据基础模型数据生成三维建筑信息模型；
状态转换模块，用于实现建筑场景实时、动态的在三维状态和二维状态之间任意切换；
基础模型部署模块，能够在三维状态或二维状态下，通过分割、分层、延伸、剪裁、捕捉、匹配、插入、布线方法，将三维建筑基础模型调整放置到需要的位置。
5.如权利要求1所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述装置还包括三维编辑系统模块；
所述三维编辑系统模块，能够在三维状态或二维状态下，通过模型编辑方法、面编辑方法、铺设方法和贴合方法，对三维建筑信息模型中的每个基础模型进行编辑操作；还用于调整三维建筑信息模型表面形状和尺寸；还用于装饰材料并调整材质尺寸；还用于调整装饰线尺寸。
6.如权利要求1所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述装置还包括三维配置系统模块，用于为三维建筑信息模型配置家具和灯具。
7.如权利要求1所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述装置还包括三维管理系统模块，通过浏览、施工管理、测量等技术，对三维建筑信息模型进行管理。
8.如权利要求1所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述装置还包括兼容二维工程设计模块，用于通过读取建筑结构部件两张二维工程图纸，生成该建筑结构部件的三维建筑信息模型。
9.如权利要求1所述的制造三维建筑实物模型的装置，其特征在于，所述三维打印系统模块，具体用于将建立的数字化三维建筑信息模型自动转换为3D打印格式，合成为含有材质色彩信息的格式文件，后经3D打印机打印出彩色的三维建筑实物模型。
10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的装置的三维建筑实物模型的制造方法，其特征在于，包括：
导入三维建筑基础模型库；
将三维建筑基础模型库中的模型信息依据用户需求进行部署，生成三维建筑信息模型，并将建立的三维建筑信息模型自动转换为3D打印格式文件，进而经3D打印机打印制造出三维建筑实物模型。
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