CN110688692A - 一种基于结构化bim模型的二三维联动及叠加显示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，该方法在BIM模型存储端读取并保存BIM模型的信息，包括三维视图中的视图信息和构件信息，二维图纸中的图纸信息、构件信息和符号信息；在BIM模型显示端，同时加载三维视图和二维图纸的上述信息，从而保证在浏览三维数据过程时，能够定位到二维图纸对应的位置；在查看二维图纸时，能够定位到三维空间中的位置和构件。这样就实现了BIM模型在三维空间中的拓扑关系，和二维布局的可视化交互配合，加深对BIM模型的整体认识。

Description

一种基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法

技术领域

本发明属于数据处理领域，涉及存储BIM模型二三维数据，并在BIM平台实现数据联动及叠加显示的方法。

背景技术

BIM(Building Information Modeling)技术是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现工程监理、物业管理、设备管理、数字化加工、工程化管理等功能。

但是，在BIM项目的整个周期中，从方案、设计、施工到运维，在每个阶段都会有相应三维模型产生。二维图纸作为项目不可或缺的部分，贯穿于项目的各个阶段。现有平台通常更侧重于三维视图的整体浏览，或者只是局限于二维图纸的精细化查看，让使用者很难既对模型有整体认识，又能快速的进行空间定位，并有效的审查二维图纸的正确性。

现有同行业的BIM平台，一般二维图纸保存为图片形式，但并没有记录构件在二维图纸中的位置信息，导致在BIM前端,二维图纸和三维视图空间，只能大概看到相机浏览过程，而不能精确定位构件，并且不能将二维图纸叠加到三维空间中对应的位置。或者，二维图纸采用矢量图保存时，在BIM前端加载过程中需要一个绘制等待的过程。

对于三维BIM模型，项目信息、构件信息、材质贴图信息、几何信息缺一不可。如果不保存原模型的材质或贴图，模型的显示缺少专业性，并且不够美观，完全失去了设计者的初衷；只读取当前三维视图，缺失相机信息，导致视图无法有效定位，视图信息不完全；几何复用划分不彻底，使文件压缩率低，并且读取速度大大降低；几何复用不考虑材质，导致构件显示不真实，后期修改操作不够灵活；二维图纸缺少构件信息，不能实现二维图纸和三维视图的叠加显示和交互，并且不能在二维图纸中查看构件的有效信息。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过在BIM模型存储端精确定位二维图纸及其构件在三维空间中的位置，保存构件ID，同时保存三维空间中构件ID和几何信息等其他基本信息；在BIM模型显示端，同时加载三维视图和二维图纸的信息，从而保证在浏览三维数据过程时，能够定位到二维图纸对应的位置；在查看二维图纸时，能够定位到三维空间中的位置和构件。该方法在不影响三维模型使用的前提下，能够同时快速加载并定位二维图纸，实现构件的联动交互和浏览，从而完成本发明。

本发明提供了一种基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，具体体现在以下方面：

(1)一种基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，所述方法包括数据处理过程、数据存储过程、文件存储处理过程、BIM平台数据加载过程和数据叠加显示及交互操作，具体包括以下步骤：

步骤1、读取三维视图信息；

步骤2、遍历三维空间中构件信息；

步骤3、读取二维图纸信息，并实现数据处理；

步骤4、遍历二维图纸中构件信息，并实现数据处理；

步骤5、对读取到的信息，进行结构化存储；

步骤6、对结构化存储的文件，进行压缩并加密保存；

步骤7、BIM平台加载保存的BIM模型文件，即结构化存储的文件，并实施二维图纸和三维视图的叠加显示；

步骤8、基于构件ID相关联，通过BIM平台实现二维图纸和三维视图的数据交互操作。

(2)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤1包括以下子步骤：

子步骤1-1、读取三维视图ID、名称；

子步骤1-2、读取三维视图原点，视图的X、Y、Z轴，视图裁剪框，和视图剖面框；

子步骤1-3、读取三维视图的详细程度、视觉样式；

子步骤1-4、读取三维视图的相机信息：远距离、近距离、目标点距离、向右偏移量，向上偏移量、目标平面在水平方向的距离、目标平面在竖直方向的距离。

(3)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤2包括以下子步骤：

子步骤2-1、遍历三维空间中构件，保存构件ID、构件名称；

子步骤2-2、读取构件属性；

子步骤2-3、读取构件的几何信息和材质信息。

(4)根据上述(3)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤2还包括以下子步骤：

子步骤2-4、对具有相同最小几何单元、相同材质ID的几何块进行合并，只保留一份，并通过变换矩阵进行位置区分，得到基于材质ID的几何复用；

子步骤2-5、将合并后的几何信息的三维点坐标、UV坐标和索引，以三角网格的形式用OpenCTM进行存储、编码压缩，同时，保存最小几何单元、材质ID和变换矩阵。

(5)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤3包括以下子步骤

子步骤3-1、读取二维图纸中包含的视图的视口信息，包括视口ID、视口标题、视口包围框；

子步骤3-2、读取二维图纸内所包含的视图信息，包括视图ID、视图名称、视图比例、视图类型、视图在图片中的包围框、视图位置和方向、以及引用信息

子步骤3-3、获得图纸的左下角点在三维空间中真实位置；

子步骤3-4、确定图纸水平方向单位像素值和米的对应关系、竖直方向单位像素值和米的对应关系；

子步骤3-5、读取图纸的ID和图纸的名称；

子步骤3-6、将当前图纸，作为图片导出，并且保存图片的base64信息；

子步骤3-7、将当前图纸导出的图片，保存一份小缩略图，并保存小缩略图的base64信息。

(6)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤4包括以下子步骤：

子步骤4-1，遍历当前二维图纸对应的视图所包含的所有构件；

子步骤4-2，读取构件ID、构件名称，同时计算构件包围框的最大角点(右上角点)、最小角点(左下角点)，并将包围框的最大角点和最小角点转换为对应到图片中的像素位置；

子步骤4-3，读取图纸符号名称，读取符号包围框并转化为图片中对应的像素位置。

(7)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤5对读取到的数据进行结构化存储，即保存成SQLite数据库文件、Json文件；具体地，

将处理后的三维空间中的视图信息和构件信息保存成SQLite数据库文件；将二维图纸的图纸信息、构件信息和符号信息，保存成Json文件；

优选地，除SQLite数据库文件外，所有保存的文件都分别进行GZIP压缩。

(8)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤6通过以下子步骤实现：

子步骤6-1，将数据存储过程得到的结构化存储数据存放在同一文件夹内；

子步骤6-2，使用ZipOutputStream进行最高级别压缩，并设置Crc32循环冗余校验，保存到硬盘文件；

子步骤6-3，修改压缩文件扩展名为pbc；

子步骤6-4，将压缩后的pbc文件，输入特定密钥，使用DESCryptoServiceProvider进行加密保存到内存；

子步骤6-5，使用CryptoStream加密转换流，内存中的加密内容保存硬盘加密文件。

(9)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤7中BIM平台加载保存的BIM模型文件，并实施二维图纸和三维视图的叠加显示，通过以下子步骤实现：

子步骤7-1、将压缩并加密后的文件上传至服务器，进行解压、解密；

子步骤7-2、BIM平台从服务器端加载三维视图相关的数据文件；

子步骤7-3、BIM平台从服务器端获取二维图纸对应的图片及其对应的数据文件，通过基点对应关系、数据文件中确定的视图类型(平、立、剖面图)及其XY、XZ、YZ平面的坐标，确定二维图纸对应的图片在空间中的三维位置；

子步骤7-4、计算对应图片的长、宽，按照长宽尺寸及其对应的空间距离，计算每个像素对应的空间实际坐标值。

(10)根据上述(1)所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其中，步骤8中BIM平台实现二维图纸和三维视图的数据交互操作，通过以下子步骤实现：

子步骤8-1、获得当前平面图纸所对应的平面高度，向Z方向正偏移1.7米；

子步骤8-2、在二维图面上移动相机及旋转角，结合二维图纸的Z(平面高度)及高度偏移计算出其准确的XYZ坐标，并移动相机位置到对应的坐标；

子步骤8-3、在三维中移动时，计算出X、Y坐标值，将Z坐标值投影到二维图纸中，并将X、Y、Z空间三维坐标值换成二维图纸所在图片的像素值，并移动相机标识位置；

子步骤8-4、按照二维图纸导出数据时标识的构件包围框所对应的像素位置，在图片中绘制热点，并记录热点所定义的构件ID；

子步骤8-5、选中构件ID，传递给三维显示引擎，三维引擎执行选中操作，并在三维空间中亮显。

根据本发明提供的一种基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，具有的有益效果包括：

(1)本发明所述方法将项目中的三维视图和构件信息、二维图纸和构件信息进行剥离，并采用结构化存储，既保留数据的完整性，同时也使存储文件远远小于原有项目；

(2)本发明所述方法，精确计算图纸中构件的像素位置和三维空间中构件的位置，并通过构件ID相关联，保证构件拾取交互的正确；

(3)本发明所述方法，在不影响三维模型使用的前提下，能够同时快速加载并定位二维图纸，有效实现了构件的联动交互和浏览；

(4)本发明所述方法，对于三维空间中构件的几何信息，采用一种高度复用和压缩算法，能够保持内存最低和操作最流畅。

附图说明

图1示出本发明中基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法的流程示意图；

图2示出几何复用时，考虑材质ID得到的处理结果；

图3示出几何复用时，不考虑材质ID得到的处理结果；

图4示出revit中生成的二维图纸的示意图；

图5示出BIM平台前端二维图纸列表及二维图纸小缩略图。

图6示出二三维叠加显示效果图；

图7示出二三维交互操作效果；

图8示出Revit实例项目中二维和三维示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

本发明提供了一种基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，所述方法包括数据处理过程、数据存储过程、文件存储处理过程、BIM平台数据加载过程和数据叠加显示及交互操作，具体包括以下步骤：

步骤1、读取三维视图信息；

步骤2、遍历三维空间中构件信息；

步骤3、读取二维图纸信息，并实现数据处理；

步骤4、遍历二维图纸中构件信息，并实现数据处理；

步骤5、对读取到的信息，进行结构化存储；

步骤6、对结构化存储的文件，进行压缩并加密保存；

步骤7、BIM平台加载保存的BIM模型文件，即结构化存储的文件，并实施二维图纸和三维视图的叠加显示；

步骤8、基于构件ID相关联，通过BIM平台实现二维图纸和三维视图的数据交互操作。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤1读取三维视图信息，包括以下子步骤：

子步骤1-1、读取三维视图ID、名称；

子步骤1-2、读取三维视图原点(也就是观察者的视点)，视图的X、Y、Z轴，视图裁剪框，和视图剖面框。

优选地，三维视图原点的读取，遵循如下原则：

(i)以整个模型的插入点为坐标系原点；

(ii)视图原点有X、Y、Z三个维度，坐标值以米为单位。

其中，模型是指BIM模型；整个模型，也就是整个项目，会作为一个整体放在空间中，当这个模型放入空间中时，会指定一个三维的空间坐标点放置，也就是插入点。

其中，视图裁剪框和视图剖面框的读取，遵循如下原则：

(i)只保存视图裁剪框和视图剖面框的左下角点和右上角点坐标；

(ii)左下角点和右上角点坐标，都是以整个模型的插入点为坐标系原点；

(iii)左下角点和右上角点坐标，都含有X、Y、Z三个维度；

(iv)左下角点和右上角点坐标，三个维度都以米为单位。

子步骤1-3、读取三维视图的详细程度、视觉样式；

其中，详细程度，表示三维视图中构件显示的精细程度，如果构件粗糙显示，则没有较多线条描述构件的细节，仅显示构件的轮廓，如果构件显示精细，则会存在较多的线条来刻画该构件的细节。

视觉样式，描述了构件的显示样式，如构件沙发可以以某一着色显示、矩形方框显示、或带有贴图信息的真实沙发样式显示，如仅用于示出沙发的存在，则以前两种样式显示即可，如果用于精装修查看，则用带有贴图信息的真实沙发样式显示，也就是说，可根据三维视图的使用场景的不同而进行不同视觉样式的呈现。

子步骤1-4、读取三维视图的相机信息：远距离、近距离、目标点距离、向右偏移量、向上偏移量、目标平面在水平方向的距离、和目标平面在竖直方向的距离。

其中，远距离：视点到视点远平面视锥沿视点方向的距离；

近距离：视点到视点近平面视锥沿视点方向的距离；

目标点距离：视线点沿视图方向到目标平面的距离；

向右偏移量：目标平面向右偏移的距离；

向上偏移量：目标平面向上偏移的距离；

目标平面在水平方向的距离：在目标平面上，左右平面之间的水平距离；

目标平面在竖直方向的距离：在目标平面上，上下平面之间的水平距离。

其中，相机信息的读取，遵循如下原则：

(i)以整个模型的插入点为坐标系原点；

(ii)所有数值，以米为单位。

相机信息的读取，用于保证加载后的三维视图能够以利于操作和查看的画面进行呈现，例如，相机信息的读取，能够避免加载后的三维视图以过远视角呈现而不便于查看。

在本发明中，三维视图原点和相机信息的读取均以整个模型的插入点为坐标系原点，利于保持坐标系的一致性。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤2遍历三维空间中构件信息，包括以下子步骤：

子步骤2-1、遍历三维空间中构件，保存构件ID、构件名称；114其中，遍历方法包括但不局限于Revit导出接口IExportContext进行遍历。

其中，任一构件有且仅有一个构件ID，即同一构件在三维空间和二维图纸中拥有相同的ID。

子步骤2-2、读取构件属性；

其中，构件属性，包括当前构件的属性和构件所属的构件类型的属性。作为实际项目中的构件，存在设计信息、实际工程信息等，这些均属于构件属性。同时读取构件属性信息，可以保证构件信息的完整性。

子步骤2-3、读取构件的几何信息和材质信息。

其中，构件的几何信息包括面(Mesh)、几何体(Solid)、和几何实例(GeomentryInstance/几何体实例化)，对于面(Mesh)，直接读取三维点坐标、索引、UV坐标、材质ID和变换矩阵；对于几何体(Solid)，需要遍历读取各个Face(Face指规则的面，而Mesh指不规则的面)，读取各个Face的三维点坐标、索引、UV坐标、材质ID和变换矩阵；对于几何实例(Geomentry Instance)，需要递归读取里面的面(Mesh)、几何体(Solid)、和几何实例(Geomentry Instance)，并读取几何实例的Symbol ID，直到最终不能再读到几何实例为止结束。其中，Symbol ID是本领域常用词语，具有相同特征或相同形状的几何体，则其SymbolID相同。

材质信息包括材质ID、材质属性和贴图信息，其中，材质属性包括颜色、透明度、光照、材质类别(钢、木材、气体等等)，贴图信息包括贴图路径和名称、贴图偏移信息、贴图旋转角度、贴图比例。其中，几何信息和材质信息的读取是同时进行。

构件的几何信息和材质信息的同时读取，能够避免不保存原模型的材质或贴图而导致的模型的显示缺少专业性、不够美观、无法体现设计者初衷的问题。

其中，读取构件的几何信息和材质信息，遵循如下原则：

(i)以材质为单位，记录构件所有可见的面(Mesh)；

(ii)构件所有面中的点，都有三个维度，并且以米为单位；

(iii)构件所有面中的点，都是以其自身坐标系为坐标原点；

(iv)构件所有面，需要同时记录构件材质和变换矩阵，以保证构件的正确位置和真实显示。

在(iii)中，自身坐标系即是指的局部坐标系。

在步骤2中，在遍历构件的信息时候，要获取构件的ID、名称、属性信息，同时要保存构件的几何和材质信息，方便后继的选择定位操作和联动及叠加显示，并能够深入了解构件的真实项目信息。

在本发明中，步骤2优选还包括：

子步骤2-4：对具有相同最小几何单元、相同材质ID的几何块进行合并，只保留一份，并通过变换矩阵进行位置区分，得到基于材质ID的几何复用；

子步骤2-5：将合并后的几何信息的三维点坐标、UV坐标和索引，以三角网格的形式用OpenCTM进行存储、编码压缩，同时，保存最小几何单元、材质ID和变换矩阵。

在渲染程式中，材质是表面各可视属性的结合，这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。材质ID是材质的唯一标识。并且，在本发明中，对最小几何体单元的定义，是以最底层Geometry Instance为单位，而不是以读取到的所有Geometry Instance为单位，保证了几何体最小，同时实现了高度复用。否则，会导致部分几何体超大，读写都会耗时严重。

OpenCTM是一种开源软件，采用其进行压缩可以实现无损压缩。

在本发明中，以材质ID为划分条件，但是，如果几何复用不考虑材质，也就是一个构件只支持一种材质，将该材质作为整个构件的材质，会导致构件显示外观的失真，导致构件显示不真实，进而导致后期修改操作不够灵活。如图2和图3，在图2中，可以清晰地看到墙的花纹，而在图3中，由于没有考虑材质ID，而不能看出墙上的原始花纹，使得模型信息缺失。

通过子步骤2-4和子步骤2-5，对于三维空间中构件的几何信息，采用一种高度复用和压缩算法，能够保持内存最低和操作最流畅。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤3读取二维图纸信息，并实现数据处理，包括以下子步骤：

子步骤3-1、读取二维图纸中包含的视图的视口信息，包括视口ID、视口标题、视口包围框；

其中，读取视图的视口信息的直接目的在于获取视图的裁剪范围。

其中，所述包围框是指物体在二维中的边界。

子步骤3-2、读取二维图纸内所包含的视图信息，包括视图ID、视图名称、视图比例、视图类型、视图在图片中的包围框、视图位置和方向、以及引用信息。

其中，视图比例是指视图的显示比例；视图类型包括平面图(plan)、立面图(elevation)、剖面图(section)类型；视图的引用信息是指该视图都在哪些图纸中被引用。

视图在图片中的包围框通过以下方式获得：用获取到的视口包围框左下角点的各个维度的坐标，加上对应维度的视口包围框和视图包围框的差值的一半，即可获取视图在图纸中的包围框的左下角点坐标。相应地，用获取到的视口包围框右上角点的各个维度的坐标，可获取视图在图纸中的包围框的右上角点坐标。

其中，视图信息的直接目的在于确定相机位置、视图范围、模型显示的精细化程度、以及场景的渲染样式。

子步骤3-3、获得图纸的左下角点在三维空间中真实位置；

其中，子步骤3-3中，图纸的左下角点在三维空间中真实位置通过以下方式获得：

设视图包围框的左下角点坐标和二维图纸左下角点坐标的差值为a；用视图裁剪框左下角点坐标，加上视图裁剪框的偏移基点，再减去a与视图比例的乘积，即可得到图纸左下角点在三维空间中的X、Y坐标，图纸左下角点在三维空间中的的Z坐标即为图纸所在楼层的标高。

图4示出了revit中生成的二维图纸。

子步骤3-4、确定图纸水平方向单位像素值和米的对应关系、竖直方向单位像素值和米的对应关系；

子步骤3-5、读取图纸的ID和图纸的名称；

子步骤3-6、将当前图纸，作为图片导出，并且保存图片的base64信息；base64是网络上常用的用于传输8Bit字节码的编码方式之一。将图片以base64信息的方式保存，既能进行模块封装，又能减少web端服务请求。

子步骤3-7、将当前图纸导出的图片，保存一份小缩略图，并保存小缩略图的base64信息；小缩略图用于作为图纸图片的图标，便于通过对图标的查询了解或选用图片。图5中示出BIM平台前端二维图纸列表及二维图纸小缩略图。

在步骤3-1至步骤3-7中，图纸的左下角点在三维空间中真实位置的读取，遵循如下原则：

(i)以整个模型的插入点为坐标系原点；

(ii)左下角点坐标为X、Y、Z三个维度，单位为米。

视口包围框的读取，遵循如下原则：

(i)视口包围框保存为左下角点和右下角点；

(ii)左下角点和右上角点，以图片左下角点为零点；

(iii)左下角点和右上角点都只含U、V有两个维度；

(iv)左下角点和右上角点都以像素为单位。

视图在图片中的包围框的读取，遵循如下原则：

(i)视图在图片中的包围框保存为左下角点和右上角点；

(ii)左下角点和右上角点，以图片左下角点为零点；

(iii)左下角点和右上角点都只含U、V有两个维度；

(iv)左下角点和右上角点都以像素为单位。

视图位置和方向的读取，遵循如下原则：

(i)视图位置为一个包含X、Y、Z三个维度的点坐标；

(ii)视图位置以米为单位；

(iii)视图位置和方向以整个模型的插入点为坐标系原点。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤4遍历二维图纸中构件信息，并实现数据处理，包括以下子步骤：

子步骤4-1，遍历当前二维图纸对应的视图所包含的所有构件；

子步骤4-2，读取构件ID、构件名称，同时计算构件包围框的最大角点(右上角点)、最小角点(左下角点)，并将包围框的最大角点和最小角点转换为对应到图片中的像素位置；

其中，构件的包围框，遵循以下原则：

(i)构件包围框保存为构件在图片中的左下角点和右上角点；

(ii)左下角点和右上角点分别包含有U、V两个维度；

(iii)左下角点和右上角点是以图片左下点为零点；

(iv)左下角点和右上角点是以像素为单位。

子步骤4-3，读取图纸符号名称，读取符号包围框并转化为图片中对应的像素位置。

符号包围框，遵循以下原则：

(i)符号包围框保存为左下角点和右上角点；

(ii)左下角点和右上角点分别包含有U、V两个维度；

(iii)左下角点和右上角点是以图片左下点为零点；

(iv)左下角点和右上角点是以像素为单位。

本发明中，三维视图中读取的定位或度量信息以米为单位，如视图裁剪框和视图剖面框、相机信息、构件的几何信息。二维图纸中读取的定位或度量信息以米或者像素为单位，其中，二维图纸中读取的图纸的左下角点在三维空间中真实位置、视图位置和方向以米为单位；视口包围框、视图在图片中的包围框、构件的包围框以像素为单位；以米为单位的参数均以整个模型的插入点为坐标系原点，而以像素为单位的参数，则以图片的左下角点为零点。这样，获得图片的左下角点在三维空间中真实位置后，通过像素距离和实际距离的换算，图片中的视图、构件在三维空间中的真实位置可知。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤5，对读取到的数据进行结构化存储，即保存成SQLite数据库文件、Json文件；

将处理后的三维空间中的视图信息和构件信息保存成SQLite数据库文件；将二维图纸的图纸信息、构件信息和符号信息，保存成Json文件；

优选地，除SQLite数据库文件外，所有保存的文件都分别进行GZIP压缩。

这样，这种结构化存储方法可以极大程度的提高磁盘空间使用效率，便于通过单个文件就能明确内容的归属关系和分类关系，软件分发过程不需要带一大批的分发文件就可以把数据文件归结到一个文件中去的。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤6对结构化存储的文件，进行压缩并加密保存，通过以下子步骤实现：

子步骤6-1，将数据存储过程得到的结构化存储数据存放在同一文件夹内；

子步骤6-2，使用ZipOutputStream进行最高级别压缩，并设置Crc32循环冗余校验，保存到硬盘文件；

子步骤6-3，修改压缩文件扩展名为pbc；

子步骤6-4，将压缩后的pbc文件，输入特定密钥，使用DESCryptoServiceProvider进行加密保存到内存；

子步骤6-5，使用CryptoStream加密转换流，内存中的加密内容保存硬盘加密文件。

其中，ZipOutputStream、DESCryptoServiceProvider和CryptoStream均为现有公开技术。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤7中BIM平台加载保存的BIM模型文件，并实施二维图纸和三维视图的叠加显示，通过以下子步骤实现：

子步骤7-1，将压缩并加密后的文件上传至服务器，进行解压、解密；

子步骤7-2，BIM平台从服务器端加载三维视图相关的数据文件；

子步骤7-3，BIM平台从服务器端获取二维图纸对应的图片及其对应的数据文件，通过基点对应关系、数据文件中确定的视图类型(平、立、剖面图)及其XY、XZ、YZ平面的坐标，确定二维图纸对应的图片在空间中的三维位置；叠加后的效果图见图6；

其中，基点对应关系是指，二维图纸的左下角点与其在三维空间中的真实位置之间的对应关系。

子步骤7-4，计算对应图片的长、宽，按照长宽尺寸及其对应的空间距离，计算每个像素对应的空间实际坐标值。

根据本发明一种优选的实施方式，步骤8中基于构件ID相关联，通过BIM平台实现二维图纸和三维视图的数据交互操作，通过以下子步骤实现：

子步骤8-1，获得当前平面图纸所对应的平面高度，向Z方向正偏移1.7米；

其中，导出的平面图纸的左下角点的Z坐标即为平面高度。

其中，向Z方向正偏移1.7米的原因在于：默认人的脚到眼睛的距离为1.7，偏移1.7米，正好是空间中人眼看到的范围。

子步骤8-2，在二维图面上移动相机及旋转角，结合二维图纸的Z(平面高度，即二维图纸在空间中的高度)及高度偏移计算出其准确的X、Y、Z坐标，并移动相机位置到对应的坐标；

子步骤8-3，在三维中移动时，计算出X、Y坐标值(也就是在X横轴方向的坐标值、Y纵轴方向的坐标值)，将Z坐标值(即在空间高度方向的坐标值)投影到二维图纸中，并将X、Y、Z空间三维坐标值(X横轴坐标、Y纵轴坐标、Z空间高度坐标值)换成二维图纸所在图片的像素值，并移动相机标识位置；

子步骤8-4，按照二维图纸导出数据时标识的构件包围框所对应的像素位置，在图片中绘制热点，并记录热点所定义的构件ID；

子步骤8-5，选中构件ID，传递给三维显示引擎，三维引擎执行选中操作，并在三维空间中亮显，如图7所示。

在本发明中：

<1>BIM：建筑信息模型(Building Information Modeling)的简称。BIM的意义在于，在设计与建造阶段及之后，创建并使用与建筑项目有关的相互一致且可计算的信息。

<2>Mesh、Solid、Geometry Instance：Revit内部构件的几何表示。分别为面、几何实体、几何实例。几何实例是面、几何实体和几何实例的按一定规则进行组合形成的。

<3>Revit：Autodesk Revit是为BIM而设计的系列软件，包括Revit Architcture、Revit Structure、Revit MEP、Revit OneBox以及Revit LT等一系列产品，分别为建筑、结构、设备(水、暖、电)等不同专业提供BIM解决方案。

<4>UV坐标：是指所有的图象文件都是二维的一个平面。水平方向是U，垂直方向是V，通过这个平面的二维的UV坐标系，可以定位图像上的任意一个像素。

<5>材质：在渲染程式中，材质是表面各可视属性的结合，这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。

<6>纹理贴图：又称纹理贴图，纹理映射。纹理贴图给物体提供了丰富的细节，用简单的方式模拟出了复杂的外观。一个图像(纹理)被贴(映射)到场景中的一个简单物体上，就像印花贴到一个平面上一样。

<7>视图类型：本发明中的二维视图，包含平面视图、立面视图、剖面视图。即以水平面、和观察者方向垂直的平面、和观察者方向平行的平面，剖切空间三维模型，所获取的含有两个维度的视图。

<8>三维视图：三维视图是在三维空间中从不同视点方向上观察到的三维模型的投影，可以通过不同指定视点得到三维视点得到三维视图。

<9>二维图纸：图纸是标有尺寸、方位及技术参数等施工所需细节和业主希望修建的工程实物的图示表达。

<10>视口：在二维图纸中插入的二维视图表现为视口。

<11>像素：像素是指由图像的小方格组成的，这些小方块都有一个明确的位置和被分配的色彩数值，小方格颜色和位置就决定该图像所呈现出来的样子。

<12>Json：JavaScriptObject Notation(JS对象标记)，是一种轻量级的数据交换格式。它基于ECMAScript(w3c制定的js规范)的一个子集，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。简洁和清晰的层次结构使得JSON成为理想的数据交换语言。易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，并有效地提升网络传输效率。

<13>SQLite：一款轻型的数据库，遵守ACID的关系型数据库管理系统，它包含在一个相对小的C库中。占用资源非常的低，处理速度非常的快，能够支持Windows/Linux/Unix等等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合。

<14>GZIP压缩：GNUzip的缩写，是Internet上使用非常普遍的一种数据压缩格式。HTTP协议上的GZIP编码是一种用来改进WEB应用程序性能的技术。

实施例

实施例1

在应用桌面软件中，三维视图和二维图纸，只能作为并列的窗口同时存在，但在BIM平台中，能使实现在同一个窗口中的叠加显示。如图6和图8所示。

实施例2

分别对编号1～4的源文件(Revit)按照本发明所述方法进行处理，转换为本发明中BIM平台支持的结构化存储文件Pbc，处理前后文件打开时间如表1所示。

表1：

由表1可知，经过本发明所述方法的处理后，BIM文件的打开时间明显缩短，实现高效快速打开，再一次证明BIM文件完成了轻量化处理。

转化后文件打开时间更快的原因包括：

(1)本发明中，使用图片存储二维图纸，并用base64字符串保存，使文件结构更清晰，降低web服务请求，使得加载速度也更快(也就是每张二维图纸少发送两个文件的请求，只进行字符串转换就能完成)。

(2)本发明中对三维空间中的构件信息的读取时，追溯到最小几何体单元，并以材质作为复用条件进行几何复用，再实施有效的压缩存储处理，几何复用和高度的压缩率也利于文件加载时间的降低。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，所述方法包括数据处理过程、数据存储过程、文件存储处理过程、BIM平台数据加载过程和数据叠加显示及交互操作，具体包括以下步骤：

步骤1、读取三维视图信息；

步骤2、遍历三维空间中构件信息；

步骤3、读取二维图纸信息，并实现数据处理；

步骤4、遍历二维图纸中构件信息，并实现数据处理；

步骤5、对读取到的信息，进行结构化存储；

步骤6、对结构化存储的文件，进行压缩并加密保存；

步骤7、BIM平台加载保存的BIM模型文件，即结构化存储的文件，并实施二维图纸和三维视图的叠加显示；

步骤8、基于构件ID相关联，通过BIM平台实现二维图纸和三维视图的数据交互操作。

2.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤1包括以下子步骤：

子步骤1-1、读取三维视图ID、名称；

子步骤1-2、读取三维视图原点，视图的X、Y、Z轴，视图裁剪框和视图剖面框；

子步骤1-3、读取三维视图的详细程度、视觉样式；

子步骤1-4、读取三维视图的相机信息：远距离、近距离、目标点距离、向右偏移量、向上偏移量、目标平面在水平方向的距离、目标平面在竖直方向的距离。

3.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤2包括以下子步骤：

子步骤2-1、遍历三维空间中构件，保存构件ID、构件名称；

子步骤2-2、读取构件属性；

子步骤2-3、读取构件的几何信息和材质信息。

4.根据权利要求3所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤2还包括以下子步骤：

子步骤2-4、对具有相同最小几何单元、相同材质ID的几何块进行合并，只保留一份，并通过变换矩阵进行位置区分，得到基于材质ID的几何复用；

子步骤2-5、将合并后的几何信息的三维点坐标、UV坐标和索引，以三角网格的形式用OpenCTM进行存储、编码压缩，同时，保存最小几何单元、材质ID和变换矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤3包括以下子步骤：

子步骤3-1、读取二维图纸中包含的视图的视口信息，包括视口ID、视口标题、视口包围框；

子步骤3-2、读取二维图纸内所包含的视图信息，包括视图ID、视图名称、视图比例、视图类型、视图在图片中的包围框、视图位置和方向、以及引用信息；

子步骤3-3、获得图纸的左下角点在三维空间中真实位置；

子步骤3-4、确定图纸水平方向单位像素值和米的对应关系、竖直方向单位像素值和米的对应关系；

子步骤3-5、读取图纸的ID和图纸的名称；

子步骤3-6、将当前图纸，作为图片导出，并且保存图片的base64信息；

子步骤3-7、将当前图纸导出的图片，保存一份小缩略图，并保存小缩略图的base64信息。

6.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤4包括以下子步骤：

子步骤4-1，遍历当前二维图纸对应的视图所包含的所有构件；

子步骤4-2，读取构件ID、构件名称，同时计算构件包围框的最大角点、最小角点，并将包围框的最大角点和最小角点转换为对应到图片中的像素位置；

子步骤4-3，读取图纸符号名称，读取符号包围框并转化为图片中对应的像素位置。

7.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤5对读取到的数据进行结构化存储，即保存成SQLite数据库文件、Json文件；具体地，

将处理后的三维空间中的视图信息和构件信息保存成SQLite数据库文件；将二维图纸的图纸信息、构件信息和符号信息，保存成Json文件；

优选地，除SQLite数据库文件外，所有保存的文件都分别进行GZIP压缩。

8.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤6通过以下子步骤实现：

子步骤6-1，将数据存储过程得到的结构化存储数据存放在同一文件夹内；

子步骤6-2，使用ZipOutputStream进行最高级别压缩，并设置Crc32循环冗余校验，保存到硬盘文件；

子步骤6-3，修改压缩文件扩展名为pbc；

子步骤6-4，将压缩后的pbc文件，输入特定密钥，使用DESCryptoServiceProvider进行加密保存到内存；

子步骤6-5，使用CryptoStream加密转换流，内存中的加密内容保存硬盘加密文件。

9.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤7中BIM平台加载保存的BIM模型文件，并实施二维图纸和三维视图的叠加显示，通过以下子步骤实现：

子步骤7-1、将压缩并加密后的文件上传至服务器，进行解压、解密；

子步骤7-2、BIM平台从服务器端加载三维视图相关的数据文件；

子步骤7-3、BIM平台从服务器端获取二维图纸对应的图片及其对应的数据文件，通过基点对应关系、数据文件中确定的视图类型及其XY、XZ、YZ平面的坐标，确定二维图纸对应的图片在空间中的三维位置；

子步骤7-4、计算对应图片的长、宽，按照长宽尺寸及其对应的空间距离，计算每个像素对应的空间实际坐标值。

10.根据权利要求1所述的基于结构化BIM模型的二三维联动及叠加显示的方法，其特征在于，步骤8中BIM平台实现二维图纸和三维视图的数据交互操作，通过以下子步骤实现：

子步骤8-1、获得当前平面图纸所对应的平面高度，向Z方向正偏移1.7米；

子步骤8-2、在二维图面上移动相机及旋转角，结合二维图纸的平面高度Z及高度偏移计算出其准确的X、Y、Z坐标，并移动相机位置到对应的坐标；

子步骤8-3、在三维中移动时，计算出X、Y坐标值，将Z坐标值投影到二维图纸中，并将X、Y、Z空间三维坐标值换成二维图纸所在图片的像素值，并移动相机标识位置；

子步骤8-4、按照二维图纸导出数据时标识的构件包围框所对应的像素位置，在图片中绘制热点，并记录热点所定义的构件ID；

子步骤8-5、选中构件ID，传递给三维显示引擎，三维引擎执行选中操作，并在三维空间中亮显。

Images