CN112561788A - 一种bim模型的二维展开方法及纹理贴图方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种BIM模型的二维展开方法及纹理贴图方法、装置，其中，该展开方法包括：获取BIM模型；将BIM模型拆分为流形三角网，并获取流形三角网中所有三角面片的法向方向；基于法向方向对流形三角网进行分割，确定三角网子网；对三角网子网进行二维平面映射，确定BIM模型在二维空间对应的二维图像。通过先基于三角面片的法向法向对各流形三角网进行分割，以得到三维角度相近的若干三角面片构成三角子网，再对三角子网进行二维平面映射，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，展开后的二维图像更加接近与BIM模型，为后续进行BIM模型的纹理贴图提供二维纹理图像。
Description
技术领域
本发明涉及工程建筑技术领域，具体涉及一种BIM模型的二维展开方法及纹理贴图方法、装置。
背景技术
在建筑领域，建筑信息模型Building Information Modeling(简称BIM模型)中包含有关众多的建筑信息，比如建筑构件之间的几何信息、空间关系、预算成本等等。
在实际应用中，由于BIM模型自身包含数据量较大，虽然现今的计算机硬件水平有了突飞猛进的发展，但随着数据采集精度和建模技术的不断提高，BIM模型的精度越来越高，数据量也随之飞速增长，给计算机的绘制、传输、浏览等都带来了巨大的压力。因此，常常需要对BIM模型进行简化，使其简化为数据量较小的模型，或者将三维的BIM模型展开为二维图像以简化计算和处理过程。
在现有技术中，在将BIM模型进行二维展开时，通常是通过将BIM模型拆分为流行结构后，直接对各个流行结构进行二维平面映射，但是，这种展开方式忽略了BIM模型中各个面片的三维角度信息，造成展开后的二维图像失真严重，难以直观反映BIM模型空间信息。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种BIM模型的二维展开方法及纹理贴图方法、装置，解决现有技术中BIM模型的二维展开方式得到的二维图像难以直观反映BIM模型空间信息的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种BIM模型的二维展开方法，包括：
获取BIM模型，所述BIM模型为三角网格模型；
将所述BIM模型拆分为流形三角网，并获取所述流形三角网中所有三角面片的法向方向；
基于所述法向方向对所述流形三角网进行分割，确定三角网子网；
对所述三角网子网进行二维平面映射，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像。
可选地，所述将所述BIM模型拆分为流形三角网，包括：
获取所述BIM模型中非流形三角网结构及三角面片间夹角大于预设角度阈值的公共边；
基于所述非流形三角网结构中非流形边及所述公共边，将所述BIM模型拆分为流形三角网。
可选地，所述基于所述法向方向对所述流形三角网进行分割，确定三角网子网，包括：
获取当前流形三角网中面积最大的三角面片及其对应的第一法向方向；
基于所述第一法向方向、所述当前流形三角网中其余三角面片的法向方向及预设法向方向角度阈值，构建法线主方向集合，所述法线主方向集合包括法线主方向及所述法线主方向对应的三角面片；
基于所述法线主方向集合，对所述当前流形三角网进行分割，确定三角网子网。
可选地，所述基于所述第一法向方向、所述流形三角网中其余三角面片的法向方向及预设法向方向角度阈值，构建法线主方向集合，包括：
将所述流形三角网中面积最大的三角面片及其对应的第一法向方向加入所述法线主方向集合；
获取法向方向与所述法线主方向集合中所有法线主方向差异最大的三角面片及其对应的第二法向方向；
判断所述第二法向方向与所有法线主方向的夹角是否均大于预设角度阈值；
在第二法向方向与所有法线主方向的夹角均大于预设角度阈值时，将所述第二法向方向及其对应的三角面片加入所述法线主方向集合。
可选地，所述基于所述法线主方向集合，对所述当前流形三角网进行分割，确定三角网子网，包括：
基于所述法线主方向集合及所述预设法向方向角度阈值，确定所述当前流形三角网中其余三角面片对应的法线主方向；
获取所述法线主方向集合中当前法线主方向对应的初始三角面片；
基于所述初始三角面片对所述流形三角网进行分割，确定当前法线主方向对应的三角网子网。
可选地，所述基于所述法线主方向集合及所述预设法向方向角度阈值，确定所述当前流形三角网中其余三角面片对应的法线主方向，包括：
从所述法线主方向集合中获取与当前三角面片对应的法向方向角度差值满足预设法向方向角度阈值的法线主方向；
判断满足预设法向方向角度阈值的法线主方向是否唯一；
当满足预设法向方向角度阈值的法线主方向不是唯一时，基于当前三角面片的法向方向与其相邻三角面片的法向方向的关系及相邻三角面片对应的法线主方向，确定所述当前三角面片的法线主方向。
可选地，当满足预设法向方向角度阈值的法线主方向唯一时，将满足预设法向方向角度阈值的法线主方向确定为所述当前三角面片的法线主方向。
可选地，所述对所述三角网子网进行二维平面映射，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像，包括：
对所述三角网子网进行二维平面映射，得到所述三角网子网对应的第一二维三角网络图像；
根据预设膨胀参数，对所述第一二维三角网络图像进行膨胀操作，确定第二二维三角网络图像；
将所有所述三角网子网对应的第二二维三角网络图像进行装箱，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种BIM模型的纹理贴图方法，包括：
获取BIM模型及BIM原始模型中空间点的uv坐标，所述BIM模型是所述BIM原始模型进行简化后的模型，所述BIM模型及BIM原始模型为三角网格模型；
采用本发明第一方面提供的BIM模型的二维展开方法，得到所述BIM模型对应的二维图像；
基于所述二维图像中像素点与所述BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对所述二维图像进行纹理属性填充，确定纹理贴图。
可选地，所述基于所述二维图像中像素点与所述BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对所述二维图像进行纹理属性填充，包括：
获取所述二维图像中的当前像素点；
基于所述当前像素点，确定所述BIM模型中与所述当前像素点对应的第一空间点；
基于第一空间点的坐标，确定所述BIM原始模型中与所述第一空间点对应的第二空间点的坐标；
根据所述第二空间点的坐标，确定所述第二空间点对应的三角面片；
获取所述第二空间点对应的三角面片三个顶点的uv坐标，计算所述第二空间点对应的uv坐标；
将所述uv坐标确定为所述当前像素点的纹理属性。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种BIM模型的二维展开装置，包括：
第一获取模块，用于获取BIM模型，所述BIM模型为三角网格模型；
第一处理模块，用于将所述BIM模型拆分为流形三角网，并获取所述流形三角网中所有三角面片的法向方向；
第二处理模块，用于基于所述法向方向对所述流形三角网进行分割，确定三角网子网；
第三处理模块，用于对所述三角网子网进行二维平面映射，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种BIM模型的纹理贴图装置，包括：
第二获取模块，用于获取BIM模型及BIM原始模型中空间点的uv坐标，所述BIM模型是所述BIM原始模型简化后的模型，所述BIM模型及BIM原始模型为三角网格模型；
第四处理模块，用于采用本发明第三方面提供的BIM模型的二维展开装置，得到所述BIM模型对应的二维图像；
第五处理模块，用于基于所述二维图像中像素点与所述BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对所述二维图像进行纹理属性填充，确定纹理贴图。
根据第五方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第一方面及其任意一种可选方式所述的方法，或者实现本发明第二方面及其任意一种可选方式所述的方法。
根据第六方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明第一方面及其任意一种可选方式所述的方法，或者执行本发明第二方面及其任意一种可选方式所述的方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种BIM模型的二维展开方法及装置，通过获取BIM模型；将BIM模型拆分为流形三角网，并获取流形三角网中所有三角面片的法向方向；基于法向方向对流形三角网进行分割，确定三角网子网；对三角网子网进行二维平面映射，确定BIM模型在二维空间对应的二维图像。从而在对BIM模型进行二维平面映射之前，先基于三角面片的法向法向对各流形三角网进行分割，以得到三维角度相近的若干三角面片构成三角子网，再对三角子网进行二维平面映射，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，展开后的二维图像更加接近与BIM模型，为后续进行BIM模型的纹理贴图提供二维纹理图像。
本发明实施例提供了一种BIM模型的纹理贴图方法及装置，通过获取BIM模型及BIM原始模型中空间点的uv坐标；采用本发明另一实施例提供的BIM模型的二维展开方法，得到该BIM模型对应的二维图像；基于二维图像中像素点与BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对二维图像进行纹理属性填充，确定纹理贴图。从而通过利用本发明另一实施例提供的BIM模型的二维展开方法，得到该BIM模型对应的二维图像作为纹理贴图的纹理图像，由于在该纹理图像的生成过程基于三角面片的法向法向对BIM模型进行分割，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，从而利用该纹理图像进行纹理属性填充所得到BIM模型的纹理贴图可以更好的保留BIM原始模型的纹理信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中BIM模型的二维展开方法的流程图；
图2为本发明实施例中将非流形结构拆分为流形结构的示意图；
图3为本发明实施例中基于最小二乘的共形映射的映射示意图；
图4为本发明实施例中三维三角网格进行二维平面映射的示意图；
图5为本发明实施例中法线主方向集合的生成过程示意图；
图6为本发明实施例中采用图割的方式进行三角面片切割的示意图；
图7为本发明实施例中装箱过程示意图；
图8为本发明实施例中BIM模型的纹理贴图方法的流程图；
图9为本发明实施例中纹理属性填充的原理示意图；
图10为本发明实施例中采用法向求确定同名点的示意图；
图11为本发明实施例中BIM模型的二维展开装置的结构示意图；
图12为本发明实施例中BIM模型的纹理贴图装置的结构示意图；
图13为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在现有技术中，在将BIM模型进行二维展开时，通常是通过将BIM模型拆分为流行结构后，直接对各个流行结构进行二维平面映射，但是，这种展开方式忽略了BIM模型中各个面片的三维角度信息，造成展开后的二维图像失真严重，难以直观反映BIM模型空间信息。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种BIM模型的二维展开方法，如图1所示，该BIM模型的二维展开方法具体包括如下步骤：
步骤S101：获取BIM模型，BIM模型为三角网格模型。具体地，该BIM模型可以是建筑设计软件生成的BIM原始模型，也可以是对BIM原始模型进行简化后对应的BIM简化模型，该BIM模型为三维网格模型，由若干三角面片拼接构成。
步骤S102：将BIM模型拆分为流形三角网，并获取流形三角网中所有三角面片的法向方向。具体地，由于BIM模型为三维模型，首先需要对其进行拆分，如果BIM模型中包含有非流形结构，即三个或三个以上的三角面片共边的情况，需要将非流形结构拆分为流形结构，如图2所示，左侧是共边的三个三角形，形成了非流形结构，右侧是拆分后的两个相互独立的部分，一部分为共边的两个三角形，一部分为单独的一个三角形。依次对BIM模型的所有非流形边进行拆分会得到n个流形的三角网。
在本发明实施例中，为了提高运算速率，简化后续计算处理过程，将两个三角面片之间形成的角度过大的结构也进行拆分，即三角面片间夹角大于预设角度阈值的两个三角面片也沿其公共边进行拆分，该预设角度阈值可以根据BIM模型的展开效果进行设置，例如30°、60°、90°、120°、150°、180°等，本发明并不以此为限。
步骤S103：基于法向方向对流形三角网进行分割，确定三角网子网。具体地，可以基于法向方向的相似性，对流形三角网进行分割，也可以基于各个三角面片的间连通性和法向方向对流形三角网进行分割，以将每个流形三角网分割为若干个三角网子网。
步骤S104：对三角网子网进行二维平面映射，确定BIM模型在二维空间对应的二维图像。具体地，通过将所有流形三角形对应的三角网子网都进行二维平面映射展UV，得到对应的二维网格，然后将所有的二维网格进行装箱处理，得到整个BIM模型在二维空间对应的二维图像，在二维图像中BIM模型三维网格的每个顶点都有一个唯一的映射，并且二维图像中每一个像素点的坐标(u，v)，也就是其对应网格顶点的纹理坐标。
在实际应用中，上述对三角网子网进行二维平面映射的方法可以根据实际需要进行选择，例如：“基于最小二乘的共形映射”即LSCM和“基于种子方向的正射投影”等。其中，LSCM是一种准保角投影，具体映射示意图如图3所示，具体投影原理参见现有技术相关内容的描述，在此不再进行赘述。而基于种子方向的正射投影方法是将分割后的三角子网中顶点坐标按照子网在分割时对应的种子面片的法线方向进行正射投影。无论哪个算法都是将三维空间中的中的三角网格在二维平面映射，模型映射前后如图4所示。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的BIM模型的二维展开方法，通过在对BIM模型进行二维平面映射之前，先基于三角面片的法向法向对各流形三角网进行分割，以得到三维角度相近的若干三角面片构成三角子网，再对三角子网进行二维平面映射，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，展开后的二维图像更加接近与BIM模型，为后续进行BIM模型的纹理贴图提供二维纹理图像。
具体地，在一实施例中，上述的步骤S103，具体包括如下步骤：
步骤S301：获取当前流形三角网中面积最大的三角面片及其对应的第一法向方向。具体地，对于每一个流形三角网，都需要按照法向方向进行分割，在确定所有三角面片对应的法向方向后，对于每一个流形三角网首先通过遍历该流形三角网所有三角面片的面积，找出面积最大的三角面片，及其对应的法向方向，并将该法向方向确定为初始法线主方向。假设一个三角面片对应三角形的三个顶点表示为为v1，v2，v3，则可以获得三角形的两条边代表的两个向量：v12＝v2-v1，v13＝v3-v1，则三角形面积可以用两个向量的叉乘的模的一半表示，具体如公式(1)所示：
其中，area表示三角形面积，v12和v13，表示三角形两条边的向量。从而通过比较每一个三角面片的面积确定面积最大的三角面片。
步骤S302：基于第一法向方向、当前流形三角网中其余三角面片的法向方向及预设法向方向角度阈值，构建法线主方向集合，法线主方向集合包括法线主方向及法线主方向对应的三角面片。具体地，在一实施例中，上述的步骤S302具体包括如下步骤：
将流形三角网中面积最大的三角面片及其对应的第一法向方向加入法线主方向集合。由于三角面片的面积越大，其包含的BIM模型的空间信息越丰富，为了尽可能多的保留BIM模型的空间信息，将面积最大的三角面片对应的主方向作为该流形三角网中初始法线主方向并将该三角面片确定为该初始法线主方向对应的初始三角面片。同理，可得到每个流形三角网对应的初始法线主方向及初始三角面片。
获取法向方向与法线主方向集合中所有法线主方向差异最大的三角面片及其对应的第二法向方向。在确定流形三角网的初始法线主方向及初始三角面片后，依次再找到其余所有面片中与法线主方向集合中所有已存在的法线主方向最不同的面片的法向方向，在法线主方向集合中仅有一个初始法线主方向时，即为寻找与该初始法线主方向最不同面片的法向方向，法线主方向集合的生成过程如图5所示。需要说明的是，如果正好存在两个或两个以上的法向方向最不同的面片则随机选取其中一个，通常会选取遇到的最不同的面片中的第一个，并且如何选择也不会影响最后的二维图像显示效果。
判断第二法向方向与所有法线主方向的夹角是否均大于预设角度阈值。具体地，该预设角度阈值可以根据最终二维展开图像的显示效果要求及处理效率进行合理的设置，通常可设置为15°、30°、45°、60°、75°、90°等，以确定后续分割的精细程度。示例性地，预设角度阈值越大，表示一个法线主方向能覆盖的范围越大，会包含更多三角面片，而法线主方向的个数会减小。如果预设角度阈值设置过大会造成最终生成的二维图像发生更严重的变形。预设角度阈值设置越小，则分得越细碎，最终二维图像的变形小，但是会影响加大计算量影响计算效率。
在第二法向方向与所有法线主方向的夹角均大于预设角度阈值时，将第二法向方向及其对应的三角面片加入法线主方向集合。然后依次遍历下去直到所有面片被遍历完成或者剩余所有其余面片的法向方向均与法线主方向集合中已有的任一法线主方向之间的夹角小于预设角度阈值。
步骤S303：基于法线主方向集合，对当前流形三角网进行分割，确定三角网子网。具体地，在一实施例中，上述的步骤S303，具体包括如下步骤：
步骤S401：基于法线主方向集合及预设法向方向角度阈值，确定当前流形三角网中其余三角面片对应的法线主方向。具体地，在确定了所有法线主方向后，需要对流形三角网按法线主方向将所有三角面片进行归类，具体归类方式如下：
从法线主方向集合中获取与当前三角面片对应的法向方向角度差值满足预设法向方向角度阈值的法线主方向；判断满足预设法向方向角度阈值的法线主方向是否唯一；当满足预设法向方向角度阈值的法线主方向唯一时，将满足预设法向方向角度阈值的法线主方向确定为当前三角面片的法线主方向。当满足预设法向方向角度阈值的法线主方向不是唯一时，基于当前三角面片的法向方向与其相邻三角面片的法向方向的关系及相邻三角面片对应的法线主方向，确定当前三角面片的法线主方向。
具体地，在两个法线主方向重叠部分的三角面片有可能同时满足与两个或多个法线主方向的夹角满足预设角度阈值的情况，对于这类三角面片法线主方向的归类，可以采用图割的方式进行分割，首先对之前获取的所有法线主方向进行标签标记，每个法线主方向是一个标签，如lable 0，lable 1，lable2，...，lable j-1等。之后获得需要被划分的三角网的对偶图，即将每个三角面片看作一个节点，用黑点表示，两个共边的相邻三角面片用一根线段连接他们各自的节点，这个新的连接边称作n-link，每个n-link是包含权重的，权重计算方式是相邻的两个面片即在对偶图中被n-link连接的两个节点的法向量点乘的结果，即该权重为两个法线主方向的角度差异的余弦值，如公式(2)所示：
angleCos＝n1·n2 (2)
其中，angleCos表示当前n-link的权重值，n1和n2表示两个节点的法向量。对所有的n-link赋值权重后从n-link值最薄弱的边将网格切割，进而根据其切割后所属区域的法线主方向确定，其法线主方向。具体切割结果如图6所示。
步骤S402：获取法线主方向集合中当前法线主方向对应的初始三角面片。具体地，在对流形三角网中所有三角面片按照法线主方向进行归类后，对于每一个法线主方向，其都对应有多个三角面片，将在法线主方向集合中存储的该法线主方向对应的三角面片作为初始三角面片。
步骤S403：基于初始三角面片对流形三角网进行分割，确定当前法线主方向对应的三角网子网。具体地，每个流形三角网对应有多个初始三角面片，分别将每个初始三角面片作为起始点，基于三角面片间的连通性对流形三角网进行分割。例如：可以采用区域增长聚类算法对流形三角网进行分割，分割结果为多组连续的三角网子网，且每一组三角子网中任何一个三角面片的法向量与三角网子网所属的法线主方向角度差异小于上述的预设角度阈值。
具体地，在一实施例中，上述的步骤S304，具体包括如下步骤：
步骤S501：对三角网子网进行二维平面映射，得到三角网子网对应的第一二维三角网络图像。具体地，对于每一个三角网子网都可以得到对应的二维展开纹理岛。
步骤S502：根据预设膨胀参数，对第一二维三角网络图像进行膨胀操作，确定第二二维三角网络图像；具体地，为了避免纹理岛边缘三角面片由于浮点误差舍入的问题跨越到纹理岛外侧，对每一个纹理岛需要额外进行一次膨胀操作使边缘的像素值向外扩张，通常预设膨胀参数为扩张像素数为4个，在实际应用中，预设膨胀参数还可以以用户的使用经验进行设定，以获得更好的边缘效果。
步骤S503：将所有三角网子网对应的第二二维三角网络图像进行装箱，确定BIM模型在二维空间对应的二维图像。具体地，可以采用预设装箱算法，例如采用GuillotineAlgorithm将上述步骤中所有在二维展开的三角网格图像放入一个用户输入的区域，区域大小通常为m*m，其中m表示图像边长像素数。具体装箱过程如下：
第一步，对于用户给定宽高的矩形R＝(w，h)，以及上述步骤S502中得到的三角网子网序列。
第二步，将三角网子网序列中一个三角子网格的二维包围盒矩形Ri放入R的左下角或者其他任意一个角，如图7所示，并从R中切掉Ri得到R/Ri。
第三步，横向或纵向切割R/Ri得到两个子矩形。继续将下一个Ri尝试放入所有得到的子矩形中，返回第二步，直到三角网子网序列中所有三角网子网对应的Ri都分配完毕，生成二维图像。至此整个BIM模型三维网格的每个顶点在二维图像中都有一个唯一的映射，坐标为(u，v)用于表示网格顶点的纹理坐标，为后续进行纹理贴图提供纹理图像基础。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的BIM模型的二维展开方法，通过在对BIM模型进行二维平面映射之前，先基于三角面片的法向法向对各流形三角网进行分割，以得到三维角度相近的若干三角面片构成三角子网，再对三角子网进行二维平面映射，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，展开后的二维图像更加接近与BIM模型，为后续进行BIM模型的纹理贴图提供二维纹理图像。
本发明实施例还提供了一种BIM模型的纹理贴图方法，如图8所示，该BIM模型的纹理贴图方法具体包括如下步骤：
步骤S1：获取BIM模型及BIM原始模型中空间点的uv坐标，BIM模型是BIM原始模型进行简化后的模型，BIM模型及BIM原始模型为三角网格模型。BIM原始模型中空间点的uv坐标为该空间点对应的纹理信息。
步骤S2：采用本发明另一实施例提供的BIM模型的二维展开方法，得到BIM模型对应的二维图像。BIM模型的二维图像展开过程参见上述方法实施例的相关描述，在此不再进行赘述。
步骤S3：基于二维图像中像素点与BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对二维图像进行纹理属性填充，确定纹理贴图。
具体地，上述步骤S3具体通过如下方式实现：获取二维图像中的当前像素点；基于当前像素点，确定BIM模型中与当前像素点对应的第一空间点；基于第一空间点的坐标，确定BIM原始模型中与第一空间点对应的第二空间点的坐标；根据第二空间点的坐标，确定第二空间点对应的三角面片；获取第二空间点对应的三角面片三个顶点的uv坐标，计算第二空间点对应的uv坐标；将uv坐标确定为当前像素点的纹理属性。
在实际应用中，如图9所示，针对简化后BIM模型对应的纹理影像，遍历影像中的每一个像素，可以通过仿射内插获取简化后BIM模型上的对应空间点r2，然后通过同名点对应的方法获得简化前模型也就是BIM原始模型上与之对应的点r1的坐标，然后同样通过仿射内插的方法根据该点r1所在三角面片的三个顶点的uv值计算得到r1点在原始纹理图中的uv值，将原始纹理图中的uv值写入简化后的纹理影像。
其中，仿射内插法的计算方式如下：
根据三角形三个顶点坐标v1v2v3，以及每个顶点对应的uv值uv1uv2uv3计算该三角形内部点v的uv坐标。其中vi＝(xi，yi)，以及v＝(x，y)可以计算得到
x＝λ1x1+λ2x2+λ3x3
y＝λ1y1+λ2y2+λ3y3
λ1+λ2+λ3＝1
通过计算得到λ1，λ2，λ3
λ3＝1-λ1-λ2
可以得到v的uv坐标
上述仿射内插法的计算方式为现有技术，具体可参照现有技术的相关描述，在此不再进行详细描述。
在确定BIM原始模型与简化后的BIM模型的同名点对应关系时，使用的方式可以是求交或者使用最近距离的方法，或是两种方法的组合，本发明并不以此为限。
使用法线求交的方式也采用上述的仿射内插法，根据v1v2v3三个顶点计算顶点v的法向
同样使用λ1，λ2，λ3
可以得到v的法向量
坐标
根据简化后BIM模型M2上的映射点v以及法向量
寻找BIM原始模型M1上的同名点的方法可以使用如下方法：
1.法向求交法，如图10所示，从M2上的A点以A点的法向
为方向发射射线，求射线与M1的交点A‘，在求交过程中可以使用八叉树、kd树或其他方法进行加速求交，在针对小模型时也可以使用遍历搜索面片的方式避免建树所需的时间从而提高效率。
2.最近距离法，在本发明实施例中可以在法线求交方法失败时，使用备用方法“最近距离”寻找同名点。这种混合使用的方式可以保证生成的纹理图上所有纹理岛中的像素点都有对应的可查询的原始纹理中的像素值。上述的法向求交法及最近距离法的具体实现过程参见现有技术中的相关描述，在此不再进行赘述。
在实际应用中，需要考虑如下特殊情况：
当法线与BIM原始模型M1的两个完全重合的三角面片相交时，会产生两个空间坐标完全一样的交点，此时本应该选用距离较近的交点作为同名点，但完全重叠的两个交点与M2上的起始点距离完全一致，导致判断交点出现随机性，这种情况下我们采用法向判断的方式剔除反向的面片上的同名点，使得“朝向外”的面片的交点被保留下来，此时“朝向外”的面片的交点所在的三角面片的法向与
形成的角度应小于90度，而另一个坐标完全一致的交点所在三角面片的法向与
形成的角度应大于90度，进行舍弃。通过获取了简化后纹理影像的像素和简化前纹理影像的像素关系，就可以遍历的依次对简化后纹理影像的每个像素点进行填充，从而获得最终简化后的纹理贴图。将得到的简化后的模型与纹理贴图输出。
通过执行上述步骤，本发明实施例提供的BIM模型的纹理贴图方法，通过利用本发明另一实施例提供的BIM模型的二维展开方法，得到该BIM模型对应的二维图像作为纹理贴图的纹理图像，由于在该纹理图像的生成过程基于三角面片的法向法向对BIM模型进行分割，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，从而利用该纹理图像进行纹理属性填充所得到BIM模型的纹理贴图可以更好的保留BIM原始模型的纹理信息，通过这种附加纹理信息的方式能极大的减弱人类眼中对模型差异感知。
本发明实施例还提供了一种BIM模型的二维展开装置，如图11所示，该BIM模型的二维展开装置，包括：
第一获取模块101，用于获取BIM模型，BIM模型为三角网格模型。详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述。在此不再进行赘述。
第一处理模块102，用于将BIM模型拆分为流形三角网，并获取流形三角网中所有三角面片的法向方向。详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述。在此不再进行赘述。
第二处理模块103，用于基于法向方向对流形三角网进行分割，确定三角网子网。详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述。在此不再进行赘述。
第三处理模块104，用于对三角网子网进行二维平面映射，确定BIM模型在二维空间对应的二维图像。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述。在此不再进行赘述。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的BIM模型的二维展开装置，通过在对BIM模型进行二维平面映射之前，先基于三角面片的法向法向对各流形三角网进行分割，以得到三维角度相近的若干三角面片构成三角子网，再对三角子网进行二维平面映射，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，展开后的二维图像更加接近与BIM模型，为后续进行BIM模型的纹理贴图提供二维纹理图像。
本发明实施例还提供了一种BIM模型的纹理贴图装置，如图12所示，该BIM模型的纹理贴图装置，包括：
第二获取模块1，用于获取BIM模型及BIM原始模型中空间点的uv坐标，BIM模型是BIM原始模型简化后的模型，BIM模型及BIM原始模型为三角网格模型。详细内容参见上述方法实施例中步骤S1的相关描述。在此不再进行赘述。
第四处理模块2，用于采用本发明另一实施例提供的BIM模型的二维展开装置，得到BIM模型对应的二维图像。详细内容参见上述方法实施例中步骤S2的相关描述。在此不再进行赘述。
第五处理模块3，用于基于二维图像中像素点与BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对二维图像进行纹理属性填充，确定纹理贴图。详细内容参见上述方法实施例中步骤S3的相关描述。在此不再进行赘述。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的BIM模型的纹理贴图装置，通过利用本发明另一实施例提供的BIM模型的二维展开方法，得到该BIM模型对应的二维图像作为纹理贴图的纹理图像，由于在该纹理图像的生成过程基于三角面片的法向法向对BIM模型进行分割，使得二维平面映射后的二维图像可以更好的反映BIM模型的空间信息，从而利用该纹理图像进行纹理属性填充所得到BIM模型的纹理贴图可以更好的保留BIM原始模型的纹理信息，通过这种附加纹理信息的方式能极大的减弱人类眼中对模型差异感知。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图13所示，该电子设备可以包括处理器901和存储器902，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图13中以通过总线连接为例。
处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (14)
1.一种BIM模型的二维展开方法，其特征在于，包括：
获取BIM模型，所述BIM模型为三角网格模型；
将所述BIM模型拆分为流形三角网，并获取所述流形三角网中所有三角面片的法向方向；
基于所述法向方向对所述流形三角网进行分割，确定三角网子网；
对所述三角网子网进行二维平面映射，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述BIM模型拆分为流形三角网，包括：
获取所述BIM模型中非流形三角网结构及三角面片间夹角大于预设角度阈值的公共边；
基于所述非流形三角网结构中非流形边及所述公共边，将所述BIM模型拆分为流形三角网。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述法向方向对所述流形三角网进行分割，确定三角网子网，包括：
获取当前流形三角网中面积最大的三角面片及其对应的第一法向方向；
基于所述第一法向方向、所述当前流形三角网中其余三角面片的法向方向及预设法向方向角度阈值，构建法线主方向集合，所述法线主方向集合包括法线主方向及所述法线主方向对应的三角面片；
基于所述法线主方向集合，对所述当前流形三角网进行分割，确定三角网子网。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一法向方向、所述流形三角网中其余三角面片的法向方向及预设法向方向角度阈值，构建法线主方向集合，包括：
将所述流形三角网中面积最大的三角面片及其对应的第一法向方向加入所述法线主方向集合；
获取法向方向与所述法线主方向集合中所有法线主方向差异最大的三角面片及其对应的第二法向方向；
判断所述第二法向方向与所有法线主方向的夹角是否均大于预设角度阈值；
在第二法向方向与所有法线主方向的夹角均大于预设角度阈值时，将所述第二法向方向及其对应的三角面片加入所述法线主方向集合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述法线主方向集合，对所述当前流形三角网进行分割，确定三角网子网，包括：
基于所述法线主方向集合及所述预设法向方向角度阈值，确定所述当前流形三角网中其余三角面片对应的法线主方向；
获取所述法线主方向集合中当前法线主方向对应的初始三角面片；
基于所述初始三角面片对所述流形三角网进行分割，确定当前法线主方向对应的三角网子网。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述法线主方向集合及所述预设法向方向角度阈值，确定所述当前流形三角网中其余三角面片对应的法线主方向，包括：
从所述法线主方向集合中获取与当前三角面片对应的法向方向角度差值满足预设法向方向角度阈值的法线主方向；
判断满足预设法向方向角度阈值的法线主方向是否唯一；
当满足预设法向方向角度阈值的法线主方向不是唯一时，基于当前三角面片的法向方向与其相邻三角面片的法向方向的关系及相邻三角面片对应的法线主方向，确定所述当前三角面片的法线主方向。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当满足预设法向方向角度阈值的法线主方向唯一时，将满足预设法向方向角度阈值的法线主方向确定为所述当前三角面片的法线主方向。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三角网子网进行二维平面映射，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像，包括：
对所述三角网子网进行二维平面映射，得到所述三角网子网对应的第一二维三角网络图像；
根据预设膨胀参数，对所述第一二维三角网络图像进行膨胀操作，确定第二二维三角网络图像；
将所有所述三角网子网对应的第二二维三角网络图像进行装箱，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像。
9.一种BIM模型的纹理贴图方法，其特征在于，包括：
获取BIM模型及BIM原始模型中空间点的uv坐标，所述BIM模型是所述BIM原始模型进行简化后的模型，所述BIM模型及BIM原始模型为三角网格模型；
采用如权利要求1-8任一项所述的BIM模型的二维展开方法，得到所述BIM模型对应的二维图像；
基于所述二维图像中像素点与所述BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对所述二维图像进行纹理属性填充，确定纹理贴图。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于所述二维图像中像素点与所述BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对所述二维图像进行纹理属性填充，包括：
获取所述二维图像中的当前像素点；
基于所述当前像素点，确定所述BIM模型中与所述当前像素点对应的第一空间点；
基于第一空间点的坐标，确定所述BIM原始模型中与所述第一空间点对应的第二空间点的坐标；
根据所述第二空间点的坐标，确定所述第二空间点对应的三角面片；
获取所述第二空间点对应的三角面片三个顶点的uv坐标，计算所述第二空间点对应的uv坐标；
将所述uv坐标确定为所述当前像素点的纹理属性。
11.一种BIM模型的二维展开装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取BIM模型，所述BIM模型为三角网格模型；
第一处理模块，用于将所述BIM模型拆分为流形三角网，并获取所述流形三角网中所有三角面片的法向方向；
第二处理模块，用于基于所述法向方向对所述流形三角网进行分割，确定三角网子网；
第三处理模块，用于对所述三角网子网进行二维平面映射，确定所述BIM模型在二维空间对应的二维图像。
12.一种BIM模型的纹理贴图装置，其特征在于，包括：
第二获取模块，用于获取BIM模型及BIM原始模型中空间点的uv坐标，所述BIM模型是所述BIM原始模型简化后的模型，所述BIM模型及BIM原始模型为三角网格模型；
第四处理模块，用于采用如权利要求11所述的BIM模型的二维展开装置，得到所述BIM模型对应的二维图像；
第五处理模块，用于基于所述二维图像中像素点与所述BIM原始模型中对应空间点的uv坐标，对所述二维图像进行纹理属性填充，确定纹理贴图。
13.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法，或者实现如权利要求9-10中任一项所述的方法。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-8中任一项所述方法，或者执行如权利要求9-10中任一项所述方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011530281.3A CN112561788B (zh) | 2020-12-22 | 一种bim模型的二维展开方法及纹理贴图方法、装置 |
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