CN111737844A - 一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统及工作流程 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统及工作流程，属于建筑模型可视化技术领域，基于Web3D的编辑三维建筑模型系统包括客户端和服务器；所述客户端为终端设备，包括计算机、平板电脑和手机；所述服务器为基于Linux系统搭建的服务器；本发明通过自定义的数据格式存储建模数据，对数据进行简单表达，基于B/S架构的无需安装任何插件，降低了用户使用和维护的繁琐度，对多用户之间的协作提供了方便；基于WebGL进行BIM模型的可视化显示，基于八叉树算法进行空间划分，利用遮挡剔除和视椎体剔除在浏览器和服务器之间进行快速的调度；具有轻量化性能好、跨平台、无插件无安装、可在线编辑的优点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑模型可视化技术领域，具体是一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统及工作流程。
背景技术
建筑行业就是一个围绕建筑的设计、施工、装修、管理而展开的行业，城市建筑是建筑行业的重要组成部分，城市建筑以其独特的方式传承着文化，散播着生活的韵味，不断地渗透进人们的日常生活中，为人们营造一个和谐和安宁的精神家园。
建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。
目前，基于BIM的应用主要是基于C/S架构，用户需要安装繁重的客户端，无法达到用户间的实时共享，且主要是浏览而不能进行编辑，使用和维护非常繁琐。相比较而言，B/S架构的用户不需要安装任何插件，运算基本集中在服务器端，对于用户终端的要求较低，对多用户之间的协同非常便利。
然而，在B/S架构下，大数据量的BIM模型的渲染性能及在线编辑阻碍了其发展。近年来随着HTML5技术的推广和不断成熟，WebGL技术越来越多的应用于Web3D领域，但是对于大数据量的BIM模型的渲染性能仍然存在很大问题，且基本只能浏览通过其他平台已经构建的BIM模型并进行简单的交互操作，而无法进行编辑修改操作，对于BIM模型的高效渲染和实时编辑带来很大困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统及工作流程，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统，包括客户端和服务器；所述客户端为用于执行用户指令和显示的终端设备，包括计算机、平板电脑和手机；所述服务器为基于Linux系统搭建的服务器，用于根据用户指令对三维建筑模型进行修改。
一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，包括以下步骤：
步骤一：构建三维建筑模型，并根据用户指令将三维建筑模型解析成渲染引擎可以处理的数据格式存储在服务器；
步骤二：基于WebGL对构建的三维建筑模型进行三维可视化显示；
步骤三：选择需要编辑的三维建筑模型并输入编辑参数，根据用户发出的编辑指令对模型进行修改；
步骤四：更新修改后的三维建筑模型。
作为本发明的进一步技术方案：所述步骤一中用户指令包括位置指令、形状指令和关系指令。
作为本发明的更进一步技术方案：所述步骤一中构建三维建筑模型是根据用户指令创建包含点、线、面及其之间拓扑关系的几何拓扑三维数据。
作为本发明的再进一步技术方案：所述步骤一中的数据格式是指渲染必须的三角面片信息及编辑所需的几何信息。
作为本发明的再进一步技术方案：所述步骤二中进行三维可视化显示为采用遮挡剔除方法和视椎体剔除方法进行三维可视化显示。
作为本发明的再进一步技术方案：所述遮挡剔除方法采用Z-buffer算法进行。
作为本发明的再进一步技术方案：所述视椎体剔除为根据包围球视椎体和三维建筑模型包围球是否相交进行判断，相交部分保留，非相交部分剔除。
作为本发明的再进一步技术方案：所述是否相交是指：检查三维建筑模型包围球的球心分别到视椎体六个平面的有向距离di∈[0,5]，设三维建筑模型包围球半径为R，如果存在一个i使得di≤-R，则该三维建筑模型在视椎体外，如果存在一个i使得di≤R，则模型与视椎体相交，否则模型在视椎体内。
作为本发明的再进一步技术方案：所述步骤三中编辑指令是指修改长/宽/高指令、移动指令、复制指令、拉伸指令和碰撞检查指令。
作为本发明的再进一步技术方案：所述步骤三中修改只修改需要编辑的三维建筑模型，未修改的模型不变。
作为本发明的再进一步技术方案：所述碰撞检查指令是指服务器根据空间划分后的数据，分别对各自空间内的三维建筑模型进行碰撞检查，先根据三维建筑模型进行包围盒碰撞检查，若包围盒不碰撞则三维建筑模型不碰撞；若包围盒碰撞，则对三维建筑模型进行碰撞检测。
作为本发明的再进一步技术方案：所述包围盒碰撞检查为计算进行检查的两个三维建筑模型的包围盒数据，如果xMin1 < xMax2 && xMax1 > xMin2 && yMin1 < yMax2 &&yMax1 > yMin2 && zMin1 < zMax2 && zMax1 > zMin2，则包围盒碰撞；否则不碰撞。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过自定义的数据格式存储建模数据，对数据进行简单表达，既保证了数据的轻量化，又使得编辑的简单和精确性；基于B/S架构的无需安装任何插件，降低了用户使用和维护的繁琐度，对多用户之间的协作提供了方便；基于WebGL进行BIM模型的可视化显示，基于八叉树算法进行空间划分，利用遮挡剔除、视椎体剔除、GPU渲染技术在浏览器和服务器之间进行快速的调度；该方法具有轻量化性能好、跨平台、无插件无安装、可在线编辑的优点。
附图说明
图1为基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的结构示意图；
图2为基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的方法的流程图。
图中：1-客户端、2-服务器、3-计算机、4-平板电脑、5-手机。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将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。
实施例1
如图1、2所示的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统，包括客户端1和服务器2；所述客户端1为用于执行用户指令和显示的终端设备，包括计算机3；所述服务器2为基于Linux系统搭建的服务器，用于根据用户指令对三维建筑模型进行修改。
一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，包括以下步骤:
步骤一：构建三维建筑模型，并根据用户指令将三维建筑模型解析成渲染引擎可以处理的数据格式存储在服务器2；
具体的，构建三维模型使用OpenCasCade（几何造型库，简称OCC）开源库，根据用户的指令和输入参数，调用OCC的造型方法生成带有拓扑信息的几何模型，将几何模型进行分元，得到用于渲染的三角面片。将必要数据存储在数据库中，其中数据库为MariaDB；
以长方体为例说明需要存储在数据库中数据，一是渲染必须的三角面片数据，以点和索引的形式存储；二是方便编辑的几何造型参数，存储长方体的局部坐标系，长/宽/高。
步骤二：基于WebGL对构建的三维建筑模型进行三维可视化显示；
具体的，通过JavaScript语言编写HTML+JS交互程序，调用Three.js创建Mesh的接口，对步骤一中创建的三维建筑信息模型进行可视化显示；
针对大数据量的建筑信息模型，为提高效率采用遮挡剔除方法和视椎体剔除方法；
其中遮挡剔除，采用Z-buffer算法，新建一个Z-buffer数组，每次将像素点颜色写入frame buffer时，把该点的Z值也写入Z-buffer，每次将像素点颜色写入frame buffer之前，如果该位置已经被写入过，拿出它的Z值与正准备写的点的Z值比较，谁离屏幕近写谁；
视椎体剔除方法根据包围球视椎体和模型包围球是否相交进行判断，检查三维建筑模型包围球的球心分别到视椎体六个平面的有向距离di∈[0,5]，设三维建筑模型包围球半径为R，如果存在一个i使得di≤-R，则该三维建筑模型在视椎体外，如果存在一个i使得di≤R，则模型与视椎体相交，否则模型在视椎体内，相交部分保留，非相交部分剔除。
步骤三：选择需要编辑的三维建筑模型并输入编辑参数，根据用户发出的编辑指令对模型进行修改；
具体的，以修改长方体的长和碰撞检查为例进行说明；
修改长方体的长，选择修改长/宽/高指令，选择修改编辑的长方体，在弹出的对话框中输入修改后的长，发出编辑指令；服务器端收到修改长/宽/高指令后，查询待修改对象的几何数据，根据指令修改参数，调用OCC接口重新构建此三维模型，并将修改后的必要数据返回给浏览器端渲染；浏览器端根据返回的数据重新渲染此立方体；
碰撞检查，编辑模块选择碰撞检查指令，选择需要进行碰撞检查的对象，至少选择两个对象，发出碰撞检查指令；服务器端调用碰撞检查方法进行碰撞检查，并返回是否碰撞状态；浏览器端根据返回的状态将碰撞的对象进行高亮显示，并等待下一个指令；
其中服务器端碰撞检查方法具体步骤如下：
先根据模型包围盒进行检测，若包围盒不碰撞则模型不碰撞；若包围盒碰撞，则对实际三维模型进行碰撞检测，此检测方法可以提高碰撞检测效率成百上千倍；
包围盒碰撞检查方法如下：
计算进行检查的两个模型的包围盒数据，如果xMin1 < xMax2 && xMax1 > xMin2 &&yMin1 < yMax2 && yMax1 > yMin2 && zMin1 < zMax2 && zMax1 > zMin2，则包围盒碰撞；否则不碰撞；
三维模型碰撞方法采用是否相交计算，采用八叉树空间划分，对三角面片进行是否相交计算，如果存在相交的三角面片说明当前检查的对象之间有碰撞，否则没有碰撞。
步骤四：更新修改后的三维建筑模型；
具体的，以修改长方体的长为例进行说明；
浏览器端收到服务器端返回的数据后，更新显示修改对象的Mesh节点的顶点和索引数据，刷新场景图即可显示修改后的三维数据。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进一步优化，所述客户端1还包括平板电脑4和手机5，便于用户从移动端进行操作，更加方便快捷。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种基于Web3D的编辑三维建筑模型系统，其特征在于，包括客户端（1）和服务器（2）；
所述客户端（1）为用于执行用户指令和显示的终端设备，包括计算机（3）、平板电脑（4）和手机（5）；
所述服务器（2）为基于Linux系统搭建的服务器，用于根据用户指令对三维建筑模型进行修改。
2.根据权利要求1所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：构建三维建筑模型，并根据用户指令将三维建筑模型解析成数据格式存储在服务器（2）；
步骤二：基于WebGL对构建的三维建筑模型进行三维可视化显示；
步骤三：选择需要编辑的三维建筑模型并输入编辑参数，根据用户发出的编辑指令对三维建筑模型进行修改；
步骤四：更新修改后的三维建筑模型。
3.根据权利要求2所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，所述步骤一中用户指令包括位置指令、形状指令和关系指令。
4.根据权利要求2所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，所述步骤一中构建三维建筑模型是根据用户指令创建包含点、线、面及其之间拓扑关系的几何拓扑三维数据。
5.根据权利要求2所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，所述步骤一中的数据格式是指渲染必须的三角面片信息及编辑所需的几何信息。
6.根据权利要求2所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于：所述步骤二中进行三维可视化显示为采用遮挡剔除方法和视椎体剔除方法。
7.根据权利要求6所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，所述遮挡剔除采用Z-buffer算法进行；所述视椎体剔除为：根据包围球视椎体和三维建筑模型包围球是否相交进行判断，相交部分保留，非相交部分剔除；所述是否相交是指：检查三维建筑模型包围球的球心分别到视椎体六个平面的有向距离di∈[0,5]，设三维建筑模型包围球半径为R，如果存在一个i使得di≤-R，则该三维建筑模型在视椎体外，如果存在一个i使得di≤R，则模型与视椎体相交，否则模型在视椎体内。
8.根据权利要求2所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，所述步骤三中编辑指令是指修改长/宽/高指令、移动指令、复制指令、拉伸指令和碰撞检查指令。
9.根据权利要求2所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，所述步骤三中修改只修改需要编辑的三维建筑模型，未修改的模型不变。
10.根据权利要求8所述的基于Web3D的编辑三维建筑模型系统的工作流程，其特征在于，所述碰撞检查指令是指服务器根据空间划分后的数据，分别对各自空间内的三维建筑模型进行碰撞检查，先根据三维建筑模型进行包围盒碰撞检查，若包围盒不碰撞则三维建筑模型不碰撞；若包围盒碰撞，则对三维建筑模型进行碰撞检测；所述包围盒碰撞检查为计算进行检查的两个三维建筑模型的包围盒数据，如果xMin1 < xMax2 && xMax1 > xMin2&& yMin1 < yMax2 && yMax1 > yMin2 && zMin1 < zMax2 && zMax1 > zMin2，则包围盒碰撞；否则不碰撞。
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