CN112084556B - 一种海量数据bim模型的轻量化显示方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，包括以下步骤：根据待建模的水利引调水工程建筑物类别创建初始整体BIM模型；将初始整体BIM模型转换成轻量化显示的gltf格式的BIM模型；获取与待建模的水利引调水工程建筑物相关的海量数据，对其进行分类存储和预处理，并将海量数据与各个gltf格式的BIM子模型建立关联；搭建轻量化平台；对轻量化平台的可视区域内的BIM模型进行分层次加载，并剔除BIM模型中的不可见BIM构件；检索BIM模型中的相关BIM构件，针对性显示与其对应的相关数据。本发明能够融合海量数据，且能避免几何信息丢失，并能提高BIM模型的显示速度。

Description

一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法及系统
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，更具体的说是涉及一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法及系统。
背景技术
随着我国水利事业的快速发展和运营维护水平的不断提高，水利工程能够依托在更为直观、便捷的信息化云平台条件下进行运营维护。但是由于水利工程涉及的建筑物众多、结构复杂，数据信息量庞大，因此在运营维护过程中不可避免的会遇到众多的信息遗漏、定位困难等问题。要使得水利工程能够更好地开展后期的运营维护工作，必然要使得水利工程建筑物与信息可以通过信息化手段进行可视化显示，同时要满足数据传输的及时性，这些直接关系到水利工程运营维护的质量和效率。因此，引入海量数据的BIM模型作为依托搭建水利工程运营维护的监控预警云平台是解决这一问题的主要手段，而海量数据BIM模型的轻量化显示又是促使平台顺畅运行的核心保障，因此研究海量数据BIM模型的轻量化显示方法就十分必要。
现如今，从轻量化显示方法方面考虑，常见的对于BIM模型轻量化显示的方法主要有运用商业软件建立简单的几何模型进行可视化显示、运用模型格式转换插件对模型进行压缩处理、利用自主研发的轻量化引擎对模型渲染进行优化等。在实际运用过程中，现有BIM模型轻量化显示方法所存在的缺点如下：
第一、模型简化法：适用于BIM模型本身的结构特点在可视化应用时不是十分重要，可绘制简单的几何模型来代替原本复杂且文件较大的BIM模型，此方法不能体现BIM模型的几何细节，模型精度很低，没有体现BIM模型的价值，只注重非几何信息，无法提供逼真直观的模型观感。
第二、模型格式压缩法：适用于模型体积较大，模型文件格式复杂，读取效率低的BIM模型，此方法虽然可以大大减小模型文件大小，但是会损失很多非几何信息，使得BIM模型仅代表的几何形状，没有发挥BIM模型信息的完善性。
第三、渲染优化法：适用于BIM模型不方便进一步处理，通过调整优化GPU的渲染算法，来对BIM模型的渲染区域、数据传输形式进行控制，此方法需要开发人员进行不断的算法调优，技术成本较高，且不能保证最终的轻量化显示效果。
因此，目前BIM模型轻量化显示的方法不是很多，各种方式也都存在诸如没有融合海量数据、几何信息丢失等不同的缺陷，与实际应用的结合度不高。如何提供一种能够融合海量数据，且避免几何信息丢失，并提高BIM模型的显示速度的海量数据BIM模型的轻量化显示方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，实施步骤简单、实现方便、可操作性强，大幅度提高了海量数据BIM模型的在Web端平台的渲染显示速度，具有较好的实际应用价值，而且能确保满足水利工程运营维护可视化平台的场景仿真与监控预警要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，包括以下步骤：
步骤S1、根据待建模的水利引调水工程建筑物类别创建多个BIM子模型，并按照实际建设次序将各个BIM子模型首尾相接，形成初始整体BIM模型；
步骤S2、将所述初始整体BIM模型转换成轻量化显示的gltf格式的BIM模型；
步骤S3、获取与待建模的水利引调水工程建筑物相关的海量数据，对其进行分类存储和预处理，并将海量数据与各个gltf格式的所述BIM子模型建立关联；
步骤S4、构建待建模的水利引调水工程沿线的GIS三维场景，将所述BIM模型加载并可视化显示至所述GIS三维场景中，搭建轻量化平台；
步骤S5、对所述轻量化平台的可视区域内的所述BIM模型进行分层次加载，并剔除所述BIM模型中的不可见BIM构件；检索所述BIM模型中的相关BIM构件，针对性显示与其对应的相关数据。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施方法简单，且最大限度地保留了待建模的水利引调水工程建筑物的几何信息和属性信息，确保了BIM模型的精度，使得仿真效果更逼真。本发明保留了海量数据的存储、传输和显示，建立了与BIM模型的关联信息，使得信息更加完善、准确，且便于检索，检索结果更加直观。
优选的，在上述一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法中，步骤S1包括：
步骤S11、创建构件族文件：
将待建模的水利引调水工程建筑物划分类别；
根据不同种类建筑物所涉及的组成部分对其BIM构件进行细化，确定各个建筑物的组成构件；
利用BIM建模软件创建与各建筑物的组成构件对应的族文件，并对族文件中的构件属性分别进行添加和补充；
本发明根据建筑物的渡槽、渠道、倒虹吸等不同种类的建筑物类别及其涉及的组成部分，对建筑物进行构件的细化，并考虑后续可视化显示时的最小BIM构件单位，不可高于最小BIM构件显示的层级，确保针对性地挂接数据信息。BIM建模软件采用Revit。
步骤S12：构件拼接定位：
利用BIM建模软件将各个族文件中的各个BIM构件进行定位拼接，形成各个所述BIM子模型；
将各个所述BIM子模型按照实际建设次序首尾相接，形成待建模的水利引调水工程的整体长线建筑物模型带，构建所述初始整体BIM模型。
优选的，在上述一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法中，步骤S2包括：
步骤S21、中间格式导出：
将所述初始整体BIM模型导出至3dsMax软件中；
下载安装Collada插件至3dsMax软件中，将导入的所述初始整体BIM模型，保持相对位置不动，选择所述初始整体BIM模型中的各个BIM构件分别导出，得到dae格式的文件；这样的操作保证了构件为基本单位，同时也保证了构件在模型中，及模型在整个长线BIM中的相对位置不变。
步骤S22、属性信息导出：
将所述初始整体BIM模型的属性信息导出至预先建立的数据库中；
步骤S23、最终格式转换：
利用colladaTogltf.exe插件工具将dae格式的文件批量转换成gltf格式的文件，生成对应的gltf格式的所述BIM模型。
优选的，在上述一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法中，步骤S3包括：
步骤S31、数据预处理：
获取待建模的水利引调水工程建筑物上的各个监测仪器对应的总数据库，根据所述监测仪器类型和所述监测仪器所处的区段及所属建筑物进行分类，建立与所述总数据库满足数据传输要求的分数据库；
采用3倍标准剔除法剔除各个所述分数据库中的异常数据；
步骤S32、数据云存储：
根据待建模的水利引调水工程建筑物的所属区段建立私有云数据分库；所述私有云数据分库包括囊括相应区段建筑物的BIM模型数据库、BIM属性信息库、监测数据库和巡检数据库；
步骤S33、创建数据索引：
根据待建模的水利引调水工程的各区段、BIM子模型、BIM构件、BIM属性信息、监测仪器、监测数据和巡检数据信息的层次结构和对应关系，建立区段、BIM模型、BIM构件和监测仪器的字典表层级结构；
分别将所述BIM模型数据库与所述BIM子模型建立关联，将所述BIM属性信息库与所述BIM构件建立关联，将所述监测数据库与所述监测仪器建立关联，将所述巡检数据与所述BIM模型建立关联；
利用编号将海量数据与所述BIM子模型进行一对一绑定；
根据编号和字典表检索指定私有云数据库的相关信息。
优选的，在上述一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法中，步骤S31中的3倍标准差剔除法的表达式如下：
Figure BDA0002649303780000051
Figure BDA0002649303780000052
式中，x1、x2…xn分别表示监测数据，
Figure BDA0002649303780000053
是监测数据的平均值，n是监测数据数量，σ是监测数据标准差；将监测值大于3σ的监测数据作为异常监测值，并从各个分数据库中剔除。本发明通过3倍标准差剔除法能够大大减少了无效数据的存储，为后续快速检索和数据查询做好准备。
优选的，在上述一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法中，步骤S4包括：
步骤S41、环境搭建：利用Cesium三维GIS引擎，搭建基于Web浏览器端的GIS三维场景；
步骤S42、GIS三维数据加载：利用无人机对待建模的水利引调水工程沿线场景进行tif影像采集；
利用Cesiumlab软件，将采集到的tif影像数据转换成3dtiles格式文件；
在GIS三维场景中调用转换后的3dtiles文件，显示待建模的水利引调水工程沿线的三维高程数据和图像信息；
步骤S43、BIM模型加载：
将转换好的gltf格式的所述BIM模型上传到平台云服务器内；
在平台云服务器中以模型为单位，根据文件存储路径分别加载各个所述BIM子模型中包含的gltf格式的BIM构件文件；
将gltf格式的BIM构件文件显示至GIS三维场景中，并赋予各gltf格式的BIM构件以编号作为唯一标识。
本发明步骤S41-S43相当于将各构件在三维GIS场景中按照模型实际构成进行gltf构件文件的重组，既保证了构件间的相对位置不发生变化，同时也保证了后续的最小模型操作单位仍为构件。
优选的，在上述一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法中，步骤S5包括；
步骤S51、BIM模型定位：
根据各个所述BIM子模型对应的建筑物几何中心点在地表的实际经纬度位置坐标，将具体坐标数据存入对应的所述BIM模型属性信息库中，读取所述BIM模型属性信息库中中各所述BIM子模型的经纬度坐标，并将相应的所述BIM子模型定位显示到所述GIS三维场景中；
步骤S52、BIM模型渲染：
依次利用可视化区域剔除、遮挡剔除和分层级加载方法对所述BIM子模型和所述GIS三维场景进行渲染；
步骤S53、海量数据关联与显示：
将各所述BIM子模型及其BIM构件与对应的监测仪器、巡检数据和属性信息进行绑定；以BIM子模型、BIM构件和监测仪器为顺序，利用各层级的编号作为唯一标识符，逐层对海量数据进行检索与显示。
优选的，在上述一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法中，步骤S52包括：
步骤S521、可视化区域剔除：根据可视化轻量化平台场景中相机的位置、缩放程度和角度确定可视化区域，将可视化区域之外的GIS三维场景数据和所述BIM子模型剔除；剔除的可视化区域不进行优先显示渲染；
步骤S522、遮挡剔除：根据透视原理，分析所述BIM模型中各个BIM构件之间的几何关系，根据可视化区域，确定可视化区域中各个BIM构件之间的遮挡关系，剔除被遮挡的BIM构件；剔除的BIM构件不进行优先显示渲染；
步骤S523、分层级渲染：利用Cesium分层次LOD渲染引擎，随用户视角对BIM模型进行放大和缩小，进行程度不同的渲染显示；放大程度越大，所述BIM模型的纹理细节显示的越详细。
本发明利用点击事件，获取GIS三维场景内选中BIM子模型的编号，传输到后台，根据BIM子模型编号，检索该BIM子模型的相关属性信息进行显示，同时检索挂接的监测仪器和对应的巡检数据进行显示，用户继续点选对应的监测仪器，即可显示对应监测仪器编号的监测数据信息，利用echart插件将监测数据可视化显示为折线图表，即可查看单点数据也可查看整体的数据变化趋势，实现海量数据信息与BIM模型的对应性和分层级点选和数据的针对性显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法流程图；
图2附图为本发明提供的初始整体BIM模型的效果图；
图3附图为本发明提供的利用cmd指令完成gltf格式转换的效果图；
图4附图为本发明提供的海量数据预处理后的效果图；
图5附图为本发明提供的轻量化平台搭建的效果图；
图6附图问本发明提供的BIM模型遮挡剔除效果图；
图7附图为本发明提供的BIM模型分层级渲染效果图；
图8附图为本发明提供的BIM模型与海量数据关联显示效果图；
图9附图为本发明提供的一种海量数据BIM模型的轻量化显示系统的结构示意图；
图10附图为本发明提供的长距离引调水工程可视化预警效果图。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，包括以下步骤：
步骤S1、根据待建模的水利引调水工程建筑物类别创建多个BIM子模型，并按照实际建设次序将各个BIM子模型首尾相接，形成初始整体BIM模型；
步骤S2、将初始整体BIM模型转换成轻量化显示的gltf格式的BIM模型；
步骤S3、获取与待建模的水利引调水工程建筑物相关的海量数据，对其进行分类存储和预处理，并将海量数据与各个gltf格式的BIM子模型建立关联；
步骤S4、构建待建模的水利引调水工程沿线的GIS三维场景，将BIM模型加载并可视化显示至GIS三维场景中，搭建轻量化平台；
步骤S5、对轻量化平台的可视区域内的BIM模型进行分层次加载，并剔除BIM模型中的不可见BIM构件；检索BIM模型中的相关BIM构件，针对性显示与其对应的相关数据。
具体的，步骤S1包括：
步骤S11、创建构件族文件：
根据将待建模的水利引调水工程建筑物划分类别，如渡槽、渠道、倒虹吸等不同种类的建筑物；
根据不同种类建筑物所涉及的组成部分对其BIM构件进行细化，确定各个建筑物的组成构件；对建筑物构件的细化过程中，需要考虑后续可视化显示时的最小BIM构件单位，不可高于最小BIM构件单位的显示层级，否则无法针对性地挂接数据信息。
利用BIM建模软件Revit创建与各建筑物的组成构件对应的族文件，并对族文件中的构件属性分别进行添加和补充；
步骤S12：构件拼接定位：
利用BIM建模软件Revit，按照BIM构件在BIM模型中的原有位置，将各个族文件中的各个BIM构件进行定位拼接，形成各个BIM子模型；
将各个BIM子模型按照实际建设次序首尾相接，形成待建模的水利引调水工程的整体长线建筑物模型带，构建初始整体BIM模型。初始整体BIM模型的效果图如图2所示。
步骤S2包括：
步骤S21、中间格式导出：
将初始整体BIM模型文件导出至3dsMax软件中；
下载安装Collada插件至3dsMax软件中，将导入的初始整体BIM模型，保持相对位置不动，选择初始整体BIM模型中的各个BIM构件分别导出，导出格式选择dae(COLLADA)，形成以BIM构件为单位的多个.dae中间格式的模型文件；该操作保证了BIM构件为基本单位同时，也保证了BIM构件在BIM子模型中，及BIM子模型在整个长线初始整体BIM模型中的相对位置不变。
步骤S22、属性信息导出：
在Revit软件中，打开拼接定位好的初始整体BIM模型，利用软件自带的Export功能，导出ODBC Database数据源，并利用SQL Server 2008驱动程序，填写预先建立好的数据库服务器地址，将此数据源导入进数据库中，即完成了BIM属性信息导出到数据库
步骤S23、最终格式转换：
利用colladaTogltf.exe插件工具将dae格式的文件批量转换成gltf格式的文件，生成对应的gltf格式的BIM模型。
具体为，将转换得出的中间格式.dae文件统一存储到一个文件夹中，利用colladaTogltf.exe插件，通过cmd进入到colladaTogltf.exe所在的文件夹，使用如下命令：collada2gltf.exe–f daePath-e gltfPath，这里的daePath为dae文件的全路径，gltfPath为gltf文件的全路径，转换成功后，命令行会输出转换过程中转换的一些信息，包含几何、动画等信息，同时，转换后的gltf会在指定的文件夹下，即完成了初始整体BIM模型中各个BIM构件文件由Revit的.rvt格式文件转换至最终轻量化显示的.gltf格式文件。
如图3所示，为利用cmd指令完成初始整体BIM模型最终格式的转换，生成对应的gltf格式的BIM模型。
步骤S3包括：
步骤S31、数据预处理：
获取待建模的水利引调水工程建筑物上的各个监测仪器对应的总数据库，根据监测仪器类型和监测仪器所处的区段及所属建筑物进行分类，建立与总数据库满足数据传输要求的分数据库；即对分好类的数据表进行分库、分表存储。
采用3倍标准剔除法剔除各个分数据库中的异常数据；3倍标准差剔除法的表达式如下：
Figure BDA0002649303780000101
Figure BDA0002649303780000102
式中，x1、x2…xn分别表示监测数据，
Figure BDA0002649303780000103
是监测数据的平均值，n是监测数据数量，σ是监测数据标准差；将监测值大于3σ的监测数据作为异常监测值，并从各个分数据库中剔除，这样大大减少了无效数据的存储，为后续快速检索和数据查询做好准备。
步骤S32、数据云存储：
根据待建模的水利引调水工程建筑物的所属区段建立私有云数据分库；私有云数据分库包括囊括相应区段建筑物的BIM模型数据库、BIM属性信息库、监测数据库和巡检数据库；
具体为，分别根据待建模的水利引调水工程建筑物所属区段建立各私有云数据分库，同时在各个分库中根据监测仪器对应所在的建筑物建立各个数据分表，同时建立巡检数据表和建筑物属性信息表，做到引调水沿线各区段有囊括本区段引调水建筑物的BIM模型数据库、BIM属性信息库，以及对应的监测数据库和巡检数据库。
将经过预处理的海量监测数据存储到新建立的各分数据库，同时将之前导出的BIM属性信息导入到各建筑物对应的属性信息表，将建筑物对应的巡检数据存储到巡检数据表中。完成数据的分类存储，各区段数据库与总数据库形成混合云数据存储体系。如图4所示，为海量数据预处理后的效果图。
步骤S33、创建数据索引：
根据待建模的水利引调水工程的各区段、BIM子模型、BIM构件、BIM属性信息、监测仪器、监测数据和巡检数据信息的层次结构和对应关系，建立区段、BIM模型、BIM构件和监测仪器的字典表层级结构；
分别将BIM模型数据库与BIM子模型建立关联，将BIM属性信息库与BIM构件建立关联，将监测数据库与监测仪器建立关联，将巡检数据与BIM模型建立关联；
利用编号将海量数据与BIM子模型进行一对一绑定；
根据编号和字典表检索指定私有云数据库的相关信息。
如图5所示，为轻量化平台搭建效果图，步骤S4包括：
步骤S41、环境搭建：利用Cesium三维GIS引擎，搭建基于Web浏览器端的GIS三维场景；
步骤S42、GIS三维数据加载：利用无人机对待建模的水利引调水工程沿线场景进行tif影像采集；
利用Cesiumlab软件，将采集到的tif影像数据转换成3dtiles格式文件；
在GIS三维场景中调用转换后的3dtiles文件，显示待建模的水利引调水工程沿线的三维高程数据和图像信息；
步骤S43、BIM模型加载：
将转换好的gltf格式的BIM模型上传到平台云服务器内；
在平台云服务器中以模型为单位，根据文件存储路径分别加载BIM模型中的各个BIM子模型中包含的gltf格式的BIM构件文件；
将gltf格式的BIM构件文件显示至GIS三维场景中，并赋予各gltf格式的BIM构件以编号作为唯一标识。将gltf格式的BIM模型根据建筑物中心的实际经纬度坐标，以建筑物各个BIM子模型为基准，保持组成模型的BIM构件的相对位置不变，将BIM构件的gltf文件加载并可视化显示在三维GIS大场景中，实现BIM模型与GIS的融合，构成长线引调水工程的大场景可视化平台。
相当于将各构件在三维GIS场景中按照模型实际构成进行gltf格式的BIM构件文件的重组，既保证了构件间的相对位置不发生变化，同时也保证了后续的最小模型操作单位仍为BIM构件。
步骤S5包括；
步骤S51、BIM模型定位：
根据各个BIM子模型对应的建筑物几何中心点在地表的实际经纬度位置坐标，将具体坐标数据存入对应的BIM模型属性信息库中，读取BIM模型属性信息库中中各BIM子模型的经纬度坐标，并将相应的BIM子模型定位显示到GIS三维场景中；
步骤S52、BIM模型渲染：
依次利用可视化区域剔除、遮挡剔除和分层级加载方法对BIM子模型和GIS三维场景进行渲染；实现BIM模型的针对性渲染和在整个场景的快速渲染显示。
步骤S53、海量数据关联与显示：
将各BIM子模型及其BIM构件与对应的监测仪器、巡检数据和属性信息进行绑定；以BIM子模型、BIM构件和监测仪器为顺序，利用各层级的编号作为唯一标识符，逐层对海量数据进行检索与显示。
即，利用点击事件，获取GIS三维场景内选中的BIM子模型的编号，传输到后台，根据BIM子模型编号，检索该BIM子模型的相关属性信息进行显示，同时检索挂接的监测仪器和对应的巡检数据进行显示，用户继续点选对应的监测仪器，即可显示对应监测仪器编号的监测数据信息，利用echart插件将监测数据可视化显示为折线图表，即可查看单点数据也可查看整体的数据变化趋势，实现海量数据信息与BIM模型的对应性和分层级点选和数据的针对性显示。如图8所示，为BIM模型与海量数据关联显示效果图。
步骤S52包括：
步骤S521、可视化区域剔除：根据可视化轻量化平台场景中相机的位置、缩放程度和角度确定可视化区域，将可视化区域之外的GIS三维场景数据和BIM子模型剔除；剔除的可视化区域不进行优先显示渲染；
步骤S522、遮挡剔除：根据透视原理，分析BIM模型中各个BIM构件之间的几何关系，根据可视化区域，确定可视化区域中各个BIM构件之间的遮挡关系，剔除被遮挡的BIM构件；剔除的BIM构件不进行优先显示渲染；如如图6所示，为BIM模型中遮挡剔除效果图。
步骤S523、分层级渲染：利用Cesium分层次LOD渲染引擎，随用户视角对BIM模型进行放大和缩小，进行程度不同的渲染显示；放大程度越大，BIM模型的纹理细节显示的越详细。如图7所示，为BIM模型分层级渲染效果图。
通过上述步骤，本发明具备以下优点：
1、本发明最大限度的保留了BIM模型的几何信息，包括材质、纹理等基本属性信息，保留了BIM模型的精度，使得仿真模拟效果更加逼真。
2、本发明保证了海量数据的存储、传输与显示，建立了与BIM模型的关联关系，使得信息更为完善、准确。
3、本发明方法简便，不需要很强的技术背景，利用现有的多种工具进行系统化操作即可实现，容易掌握且方便应用。
如图9所示，本发明还提供一种海量数据BIM模型的轻量化显示系统，其适用于上述海量数据BIM模型的轻量化显示方法，包括：
BIM模型建立模块，BIM模型建立模块用于根据待建模的水利引调水工程建筑物类别创建多个BIM子模型，并按照实际建设次序将各个BIM子模型首尾相接，形成初始整体BIM模型；
格式转换模块，格式转换模块用于将初始整体BIM模型转换成轻量化显示的gltf格式的BIM模型；
数据获取模块，数据获取模块用于获取与待建模的水利引调水工程建筑物相关的海量数据，对其进行分类存储和预处理，并将海量数据与各个gltf格式的BIM子模型建立关联；
轻量化平台搭建模块，轻量化平台搭建模块用于构建待建模的水利引调水工程沿线的GIS三维场景，将BIM模型加载并可视化显示至GIS三维场景中，搭建轻量化平台；以及
显示模块，显示模块用于对轻量化平台的可视区域内的BIM模型进行分层次加载，并剔除BIM模型中的不可见BIM构件；检索BIM模型中的相关BIM构件，针对性显示与其对应的相关数据。
如图10所示，为实际案例搭建的长距离引调水工程可视化预警平台应用效果图。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、根据待建模的水利引调水工程建筑物类别创建多个BIM子模型，并按照实际建设次序将各个BIM子模型首尾相接，形成初始整体BIM模型；
步骤S2、将所述初始整体BIM模型转换成轻量化显示的gltf格式的BIM模型；
步骤S3、获取与待建模的水利引调水工程建筑物相关的海量数据，对其进行分类存储和预处理，并将海量数据与各个gltf格式的所述BIM子模型建立关联；步骤S3包括：
步骤S31、数据预处理：
获取待建模的水利引调水工程建筑物上的各个监测仪器对应的总数据库，根据所述监测仪器类型和所述监测仪器所处的区段及所属建筑物进行分类，建立与所述总数据库满足数据传输要求的分数据库；
采用3倍标准剔除法剔除各个所述分数据库中的异常数据；
步骤S32、数据云存储：
根据待建模的水利引调水工程建筑物的所属区段建立私有云数据分库；所述私有云数据分库包括囊括相应区段建筑物的BIM模型数据库、BIM属性信息库、监测数据库和巡检数据库；
步骤S33、创建数据索引：
根据待建模的水利引调水工程的各区段、BIM子模型、BIM构件、BIM属性信息、监测仪器、监测数据和巡检数据信息的层次结构和对应关系，建立区段、BIM模型、BIM构件和监测仪器的字典表层级结构；
分别将所述BIM模型数据库与所述BIM子模型建立关联，将所述BIM属性信息库与所述BIM构件建立关联，将所述监测数据库与所述监测仪器建立关联，将所述巡检数据与所述BIM模型建立关联；
利用编号将海量数据与所述BIM子模型进行一对一绑定；
根据编号和字典表检索指定私有云数据库的相关信息；
步骤S4、构建待建模的水利引调水工程沿线的GIS三维场景，将所述BIM模型加载并可视化显示至所述GIS三维场景中，搭建轻量化平台；
步骤S5、对所述轻量化平台的可视区域内的所述BIM模型进行分层次加载，并剔除所述BIM模型中的不可见BIM构件；检索所述BIM模型中的相关BIM构件，针对性显示与其对应的相关数据。
2.根据权利要求1所述的一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，步骤S1包括：
步骤S11、创建构件族文件：
将待建模的水利引调水工程建筑物划分类别；
根据不同种类建筑物所涉及的组成部分对其BIM构件进行细化，确定各个建筑物的组成构件；
利用BIM建模软件创建与各建筑物的组成构件对应的族文件，并对族文件中的构件属性分别进行添加和补充；
步骤S12：构件拼接定位：
利用BIM建模软件将各个族文件中的各个BIM构件进行定位拼接，形成各个所述BIM子模型；
将各个所述BIM子模型按照实际建设次序首尾相接，形成待建模的水利引调水工程的整体长线建筑物模型带，构建所述初始整体BIM模型。
3.根据权利要求1所述的一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，步骤S2包括：
步骤S21、中间格式导出：
将所述初始整体BIM模型导出至3dsMax软件中；
下载安装Collada插件至3dsMax软件中，将导入的所述初始整体BIM模型，保持相对位置不动，选择所述初始整体BIM模型中的各个BIM构件分别导出，得到dae格式的文件；
步骤S22、属性信息导出：
将所述初始整体BIM模型的属性信息导出至预先建立的数据库中；
步骤S23、最终格式转换：
利用colladaTogltf.exe插件工具将dae格式的文件批量转换成gltf格式的文件，生成对应的gltf格式的所述BIM模型。
4.根据权利要求1所述的一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，步骤S31中的3倍标准差剔除法的表达式如下：
Figure FDA0003604056360000031
Figure FDA0003604056360000032
式中，x1、x2…xn分别表示监测数据，
Figure FDA0003604056360000033
是监测数据的平均值，n是监测数据数量，σ是监测数据标准差；将监测值大于3σ的监测数据作为异常监测值，并从各个分数据库中剔除。
5.根据权利要求1所述的一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，步骤S4包括：
步骤S41、环境搭建：利用Cesium三维GIS引擎，搭建基于Web浏览器端的GIS三维场景；
步骤S42、GIS三维数据加载：利用无人机对待建模的水利引调水工程沿线场景进行tif影像采集；
利用Cesiumlab软件，将采集到的tif影像数据转换成3dtiles格式文件；
在GIS三维场景中调用转换后的3dtiles文件，显示待建模的水利引调水工程沿线的三维高程数据和图像信息；
步骤S43、BIM模型加载：
将转换好的gltf格式的所述BIM模型上传到平台云服务器内；
在平台云服务器中以模型为单位，根据文件存储路径分别加载各个所述BIM子模型中包含的gltf格式的BIM构件文件；
将gltf格式的BIM构件文件显示至GIS三维场景中，并赋予各gltf格式的BIM构件以编号作为唯一标识。
6.根据权利要求1所述的一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，步骤S5包括；
步骤S51、BIM模型定位：
根据各个所述BIM子模型对应的建筑物几何中心点在地表的实际经纬度位置坐标，将具体坐标数据存入对应的所述BIM模型属性信息库中，读取所述BIM模型属性信息库中中各所述BIM子模型的经纬度坐标，并将相应的所述BIM子模型定位显示到所述GIS三维场景中；
步骤S52、BIM模型渲染：
依次利用可视化区域剔除、遮挡剔除和分层级加载方法对所述BIM子模型和所述GIS三维场景进行渲染；
步骤S53、海量数据关联与显示：
将各所述BIM子模型及其BIM构件与对应的监测仪器、巡检数据和属性信息进行绑定；以BIM子模型、BIM构件和监测仪器为顺序，利用各层级的编号作为唯一标识符，逐层对海量数据进行检索与显示。
7.根据权利要求6所述的一种海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，步骤S52包括：
步骤S521、可视化区域剔除：根据可视化轻量化平台场景中相机的位置、缩放程度和角度确定可视化区域，将可视化区域之外的GIS三维场景数据和所述BIM子模型剔除；剔除的可视化区域不进行优先显示渲染；
步骤S522、遮挡剔除：根据透视原理，分析所述BIM模型中各个BIM构件之间的几何关系，根据可视化区域，确定可视化区域中各个BIM构件之间的遮挡关系，剔除被遮挡的BIM构件；剔除的BIM构件不进行优先显示渲染；
步骤S523、分层级渲染：利用Cesium分层次LOD渲染引擎，随用户视角对BIM模型进行放大和缩小，进行程度不同的渲染显示；放大程度越大，所述BIM模型的纹理细节显示的越详细。
8.一种海量数据BIM模型的轻量化显示系统，其适用于如权利要求1-7任一项所述的海量数据BIM模型的轻量化显示方法，其特征在于，包括：
BIM模型建立模块，所述BIM模型建立模块用于根据待建模的水利引调水工程建筑物类别创建多个BIM子模型，并按照实际建设次序将各个BIM子模型首尾相接，形成初始整体BIM模型；
格式转换模块，所述格式转换模块用于将所述初始整体BIM模型转换成轻量化显示的gltf格式的BIM模型；
数据获取模块，所述数据获取模块用于获取与待建模的水利引调水工程建筑物相关的海量数据，对其进行分类存储和预处理，并将海量数据与各个gltf格式的所述BIM子模型建立关联；所述数据获取模块执行以下步骤：
数据预处理：获取待建模的水利引调水工程建筑物上的各个监测仪器对应的总数据库，根据所述监测仪器类型和所述监测仪器所处的区段及所属建筑物进行分类，建立与所述总数据库满足数据传输要求的分数据库；
采用3倍标准剔除法剔除各个所述分数据库中的异常数据；
数据云存储：
根据待建模的水利引调水工程建筑物的所属区段建立私有云数据分库；所述私有云数据分库包括囊括相应区段建筑物的BIM模型数据库、BIM属性信息库、监测数据库和巡检数据库；
创建数据索引：
根据待建模的水利引调水工程的各区段、BIM子模型、BIM构件、BIM属性信息、监测仪器、监测数据和巡检数据信息的层次结构和对应关系，建立区段、BIM模型、BIM构件和监测仪器的字典表层级结构；
分别将所述BIM模型数据库与所述BIM子模型建立关联，将所述BIM属性信息库与所述BIM构件建立关联，将所述监测数据库与所述监测仪器建立关联，将所述巡检数据与所述BIM模型建立关联；
利用编号将海量数据与所述BIM子模型进行一对一绑定；
根据编号和字典表检索指定私有云数据库的相关信息；
轻量化平台搭建模块，所述轻量化平台搭建模块用于构建待建模的水利引调水工程沿线的GIS三维场景，将所述BIM模型加载并可视化显示至所述GIS三维场景中，搭建轻量化平台；以及
显示模块，所述显示模块用于对所述轻量化平台的可视区域内的所述BIM模型进行分层次加载，并剔除所述BIM模型中的不可见BIM构件；检索所述BIM模型中的相关BIM构件，针对性显示与其对应的相关数据。
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