CN113255051B - 大体量bim模型轻量化的方法及装置 - Google Patents

大体量bim模型轻量化的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大体量BIM模型轻量化的方法及装置，包括以下步骤：S1、从现有的三维数据中导出三维几何数据、构建属性数据、包围盒数据、方向数据；S2、将步骤S1中的三维几何数据、构件属性数据、包围盒数据、方向数据存入sqlite数据库文件；S3、将步骤S2中的sqlite数据库文件压缩为zip包；S4、将步骤S3中生成的zip文件上传至服务器；S5、在服务器进行三角面精简处理。本发明有益效果：提供了一种大体量BIM模型轻量化的方法及装置，用于降低大型BIM模型的文件体量，降低BIM模型在网络传输所需时间，提高BIM模型在服务端和移动端应用中显示和操作流畅度，避免由于BIM模型的体量增大影响BIM应用的使用体验和应用崩溃。

Description

大体量BIM模型轻量化的方法及装置
技术领域
本发明属于BIM模型轻量化领域，尤其是涉及一种大体量BIM模型轻量化的方法及装置。
背景技术
现有的BIM应用在处理较小的三维模型时，尚可以进行展示和操作。随着三维模型的体量增加，复杂度增大，受到浏览器或移动端APP的软、硬件限制，将导致三维模型的加载时间变长，显示和操作的流畅度降低，影响应用的体验。特别的，当三维模型体量超过浏览器或移动端APP的内存上限时，还会出现应用崩溃的情况；
建筑行业的建筑物三维模型一般体量巨大，如果使用通用的应用方式，在浏览器或移动端APP，速度非常缓慢甚至导致应用崩溃，严重影响了建筑行业BIM技术在服务端和移动端的应用和发展。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种大体量BIM模型轻量化的方法及装置，以大型BIM模型的体量，保证建筑行业的BIM模型在服务端和移动端应用中能够快速加载，流畅显示和操作，为建筑行业的BIM技术在服务端和移动端的应用和发展提供可行的技术保障。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
大体量BIM模型轻量化的方法，包括以下步骤：
S1、从现有的三维数据中导出三维几何数据、构建属性数据、包围盒数据、方向数据；
S2、将步骤S1中的三维几何数据、构件属性数据、包围盒数据、方向数据存入sqlite数据库文件；
S3、将步骤S2中的sqlite数据库文件压缩为zip包；
S4、将步骤S3中生成的zip文件上传至服务器；
S5、在服务器进行三角面精简处理；
S6、在服务器进行三维数据压缩处理；
S7、使用四叉树算法，计算LOD分块信息，构建三维模型的LOD索引文件；
S8、将步骤S6压缩后的文件，以步骤S7生成的LOD分块信息为范围，按照glTF格式，创建为分块后的glTF格式分块模型文件；
S9、将glTF格式分块模型文件，以及构建属性数据、包围盒数据、方向数据整合，构建为B3DM格式分块文件；
S10、将所有B3DM格式分块文件以及步骤S7中生成的LOD索引文件组合为整体3DTiles文件；
S11、将上述3DTiles文件存储在服务端，供下载使用。
大体量BIM模型轻量化的装置，用于执行大体量BIM模型轻量化的方法，包括：
三维数据导出模块：通过Revit提供的SDK进行二次开发导出三维几何数据、构建属性数据、包围盒数据、方向数据；
sqlite数据存储模块：用于使用代码创建空白的sqlite文件并建立direction，eleprop，eleinfo数据表，分别存入方向数据，属性数据和构建包围盒数据；
数据文件压缩模块：用于将导出的db文件通过zip算法进行压缩，生成zip文件；
压缩文件上传模块：用于将本地生成的zip包，通过接口将zip包上传到服务器；
三角面精简模块：使用半边折叠算法简化模型三角面数，同时可以保留模型的特征；
三维数据压缩模块：用于在服务器使用draco算法压缩三维几何数据；
LOD分块模块：使用四叉树算法，计算LOD分块信息，构建三维模型的LOD索引文件3DTiles.json；
glTF创建模块：用于根据glTF格式规范，将轻量化后的二进制三维数据转换为glTF格式；
B3DM创建模块：用于根据B3DM文件layout规范，将现有的glTF作为底层数据写入到B3DM格式分块文件，并填充好其他必要信息；
3DTiles创建模块：用于将所有B3DM格式分块文件以及LOD索引文件组合为整体3DTiles文件；
3DTiles导出模块：用于将上述3DTiles文件存储在服务端，供下载使用。
相对于现有技术，本发明所述的大体量BIM模型轻量化的方法及装置具有以下优势：
本发明所述的大体量BIM模型轻量化的方法及装置提供了一种大体量BIM模型轻量化的方法及装置，用于降低大型BIM模型的文件体量，降低BIM模型在网络传输所需时间，提高BIM模型在服务端和移动端应用中显示和操作流畅度，避免由于BIM模型的体量增大影响BIM应用的使用体验和应用崩溃。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的大体量BIM模型轻量化的方法示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
BIM（Building Information Modeling）技术可以帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。随着互联网日益成熟，BIM已广泛于各行各业，跨领域的整合从而更好的解决各行业实际需求。但是传统的BIM建筑模型通常模型复杂，体量巨大，只能够通过专业的软件进行开发、测试运行，开发完成后还需要专门的软件环境、指定的硬件标准才可以运行。这种局限性对于普通的使用人员和配置参差不齐的计算机硬件设备和软件系统环境来说造成了相当的不便，难以满足人们对三维几何数据展示的需求。
为了在日益广泛的互联网或移动端APP中使用BIM技术，当前的BIM应有系统一般需要将三维模型信息转换为特定格式的文件，发布到服务端，供web浏览器或者移动端APP调用。通常的工作过程包括：
步骤一、根据建筑物及建筑物相关物体、环境的实际形态，使用三维建模软件设计相应的三维模型；
步骤二、对三维模型进行格式转换，转换为web浏览器或移动端APP可以调用的格式；
步骤三、将步骤二中的三维模型文件发布到服务端；
步骤四、使用浏览器客户端或移动端APP通过网络访问服务端，并请求服务端进行的三维模型文件的进行加载；
步骤五、在三维模型文件加载完成后，浏览器网页或移动端APP展示三维模型并可以对三维模型进行操作。
现有的BIM应用在处理较小的三维模型时，尚可以进行展示和操作。随着三维模型的体量增加，复杂度增大，受到浏览器或移动端APP的软、硬件限制，将导致三维模型的加载时间变长，显示和操作的流畅度降低，影响应用的体验。特别的，当三维模型体量超过浏览器或移动端APP的内存上限时，还会出现应用崩溃的情况。
建筑行业的建筑物三维模型一般体量巨大，如果使用通用的应用方式，在浏览器或移动端APP，速度非常缓慢甚至导致应用崩溃，严重影响了建筑行业BIM技术在服务端和移动端的应用和发展。
因此，有必要提供一种BIM模型轻量化的方法及装置，降低大型BIM模型的体量，保证建筑行业的BIM模型在服务端和移动端应用中能够快速加载，流畅显示和操作，为建筑行业的BIM技术在服务端和移动端的应用和发展提供可行的技术保障。
如图1所示，本发明实施例提供了一种大体量BIM模型轻量化的方法及装置，用于降低大型BIM模型的文件体量，降低BIM模型在网络传输所需时间，提高BIM模型在服务端和移动端应用中显示和操作流畅度，避免由于BIM模型的体量增大影响BIM应用的使用体验和应用崩溃。
根据本发明的一个方面，提供了一种大体量BIM模型轻量化的方法，包括：
1)从现有的三维数据中导出三维几何数据、构建属性数据、包围盒数据、方向数据。
具体方法为：通过Revit提供的SDK进行二次开发，提取BIM构件的属性信息，3D点面数据信息，MEP系统信息，并通过现有数据计算包围盒数据与构件方向数据。此过程采用多线程技术，提高处理效率。
2)将上述三维几何数据、构件属性数据、包围盒数据、方向数据存入sqlite数据库文件。具体方法为：使用代码创建空白的sqlite文件并建立direction，eleprop，eleinfo数据表，分别存入方向数据，属性数据和构建包围盒数据。根据第1步的方案导出数据，将结果写入到sqlite数据库当中。此过程采用多线程技术，提高处理效率。
3)将上述sqlite数据库文件压缩为zip包。
具体方法为：将导出的db文件通过zip算法进行压缩，生成zip文件。此过程采用多线程技术，提高处理效率。
4)将上述zip文件上传至服务器。
具体方法为：服务器端开放http接口，本地生成zip包后通过接口将zip包上传到服务器
5)在服务器进行三角面精简处理。
具体方法为：三角面精简使用半边折叠算法。该算法通过删除1个顶点和2个边（每个相邻三角形一个）简化模型三角面数，同时可以保留模型的特征。此过程采用多线程技术，提高处理效率。
6)在服务器进行三维数据压缩处理。
具体方法为：使用draco算法压缩三维几何数据。该算法压缩效率高，能显著减小3D文件的大小。将第5步经过三角面精简处理的数据读取到压缩算法中，输出经过压缩的数据流，此数据可用于导出成glTF文件。glTF格式原生支持draco压缩算法，数据可不用额外转换即可直接使用，具有较高的处理效率。此过程采用多线程技术，提高处理效率。
7)使用四叉树算法，计算LOD分块信息，构建三维模型的LOD索引文件。
具体方法为：
1.将第6步压缩后的数据按照四叉树算法将空间分成均等的4部分，然后每部分再进行迭代分割，直到节点中的数量小于系统指定的阈值。
2.根据空间信息，利用四叉树算法对模型分块，并通过分块的体积计算出LOD权重，将LOC权重输出到LOD索引文件3DTiles.json文件中。
此过程采用多线程技术，提高处理效率。
8)将第6步压缩后的文件，以第7步生成的LOD分块信息为范围，按照glTF格式，创建为分块后的glTF格式分块模型文件。
具体方法为：根据glTF格式规范，将轻量化后的二进制三维数据转换为glTF格式。
此过程采用多线程技术，提高处理效率。
9)将glTF格式分块模型文件，以及构建属性数据、包围盒数据、方向数据整合，构建为B3DM格式分块文件。
具体方法为：根据B3DM文件layout规范，将现有的glTF作为底层数据写入到B3DM格式分块文件，并填充好其他必要信息。
此过程采用多线程技术，提高处理效率。
10) 将所有B3DM格式分块文件以及第7步生成的LOD索引文件组合为整体3DTiles文件。具体方法为：3dTiles.json文件是一个索引文件，它用来连接由四叉树划分而生成的各个B3DM文件，并应用LOD值，引擎会通过此文件获取并调度各个B3DM块。
此过程采用多线程技术，提高处理效率。
11) 将上述3DTiles文件存储在服务端，供下载使用。
具体方法为：将生成的所有文件提供给后端，后端负责将其暴露给3D引擎，以供调用。
此过程采用多线程技术，提高处理效率。
根据本发明的另一个方面，提供一种大体量BIM模型轻量化的装置，包括：
1)三维数据导出模块：通过Revit提供的SDK进行二次开发导出三维几何数据、构建属性数据、包围盒数据、方向数据。
2)sqlite数据存储模块：用于使用代码创建空白的sqlite文件并建立direction，eleprop，eleinfo数据表，分别存入方向数据，属性数据和构建包围盒数据。
3)数据文件压缩模块：用于将导出的db文件通过zip算法进行压缩，生成zip文件
4)压缩文件上传模块：用于将本地生成的zip包，通过接口将zip包上传到服务器。
5)三角面精简模块：使用半边折叠算法简化模型三角面数，同时可以保留模型的特征。
6)三维数据压缩模块：用于在服务器使用draco算法压缩三维几何数据。
7)LOD分块模块：使用四叉树算法，计算LOD分块信息，构建三维模型的LOD索引文件3DTiles.json
8)glTF创建模块：用于根据glTF格式规范，将轻量化后的二进制三维数据转换为glTF格式。
9)B3DM创建模块：用于根据B3DM文件layout规范，将现有的glTF作为底层数据写入到B3DM格式分块文件，并填充好其他必要信息。
10) 3DTiles创建模块：用于将所有B3DM格式分块文件以及LOD索引文件组合为整体3DTiles文件。
11) 3DTiles导出模块：用于将上述3DTiles文件存储在服务端，供下载使用。
以下为本申请涉及的英文缩略语的中文释义：
BIM：Building Information Modeling，建筑信息模型
glTF：graphics language Transmission Format（图形语言传输格式）。跨平台格式，服务端上的3D对象标准。它由OpenGL和Vulkan背后的3D图形标准组织Khronos所定义，3D模型的JPG格式，服务端导出的通用标准。当前的框架基本都支持glTF，如A-Frame和ThreeJS原生支持glTF。
LOD：Levels of Detail，细节层次。LOD技术指根据物体模型的节点在显示环境中所处的位置和重要度，决定物体渲染的资源分配，降低非重要物体的面数和细节度，从而获得高效率的渲染运算。
3D Tiles：用于流式传输大规模异构3D地理空间数据集的开放规范。是在glTF的基础上，加入了分层LOD的结构后得到的产品，专门为大量地理3D数据流式传输和海量渲染而设计的一种格式。开源WebGL框架Cesium可以直接使用该格式文件。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.大体量BIM模型轻量化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、从现有的三维数据中导出所需数据，并将数据文件压缩为压缩包，将压缩包上传至服务器，所需数据包括三维几何数据、构建属性数据、包围盒数据、方向数据；
S2、服务器接收到压缩包后进行解压操作，并对所需数据进行简化操作，简化操作包括三角面精简处理；
S3、对步骤S2中简化操作后的所需数据再次进行压缩处理，同时计算LOD分块信息，并根据LOD分块信息构建三维模型的LOD索引文件；
S4、将步骤S3压缩后的文件，以LOD分块信息为范围，创建分块模型文件；
S5、将分块模型文件与构建属性数据、包围盒数据、方向数据整合，构建为分块文件；
S6、将步骤S5中构建的分块文件以及步骤S3中生成的LOD索引文件组合为整体的3DTiles文件，并将上述3DTiles文件存储在服务端，供下载使用。
2.根据权利要求1所述的大体量BIM模型轻量化的方法，其特征在于，在步骤S4中，使用四叉树算法计算LOD分块信息。
3.根据权利要求1所述的大体量BIM模型轻量化的方法，其特征在于，在步骤 S4中，分块模型文件按照glTF格式创建，分块模型文件为分块后的glTF格式。
4.根据权利要求1所述的大体量BIM模型轻量化的方法，其特征在于，在步骤S5中，分块文件的格式为B3DM。
5.大体量BIM模型轻量化的装置，用于执行如权利要求1所述的大体量BIM模型轻量化的方法，其特征在于包括：
三维数据导出模块：通过Revit提供的SDK进行二次开发导出三维几何数据、构建属性数据、包围盒数据、方向数据；
数据存储模块：用于使用代码创建空白的数据文件并建立数据表；
数据文件压缩模块：用于将导出的数据文件生成压缩文件；
压缩文件上传模块：用于将本地生成的压缩文件通过接口上传到服务器；
三角面精简模块：使用半边折叠算法简化模型三角面数，同时可以保留模型的特征；
三维数据压缩模块：用于在服务器压缩三维几何数据；
LOD分块模块：使用四叉树算法，计算LOD分块信息，构建三维模型的LOD索引文件3DTiles.json；
glTF创建模块：用于根据glTF格式规范，将三角面精简模块处理后生成的二进制三维数据转换为glTF格式；
B3DM创建模块：用于根据B3DM文件layout规范，将现有的glTF作为底层数据写入到B3DM格式分块文件；
3DTiles创建模块：用于将所有B3DM格式分块文件以及LOD索引文件组合为整体3DTiles文件；
3DTiles导出模块：用于将上述3DTiles文件存储在服务端，供下载使用。
6.根据权利要求5所述的大体量BIM模型轻量化的装置，其特征在于：数据存储模块使用代码创建空白的数据文件并建立direction，eleprop，eleinfo数据表，分别用于存入方向数据，构建属性数据和包围盒数据。
7.根据权利要求5所述的大体量BIM模型轻量化的装置，其特征在于：数据文件压缩模块用于将导出的数据文件通过zip算法进行压缩，生成zip文件。
8.根据权利要求5所述的大体量BIM模型轻量化的装置，其特征在于：三维数据压缩模块用于在服务器使用draco算法压缩三维几何数据。
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