CN113936114B - 一种bim模型构件类别级轻量化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BIM模型构件类别级轻量化方法及系统，本发明的方法包括：获取BIM模型，并将其按构件类型进行拆分；采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化；为不同构件类型配置不同LOD层级，合并各构件BIM数据并输出至对应LOD层级文件。本发明针对不同专业、不同类别、不同构件的BIM模型采用不同的轻量化策略，在保留所有属性信息的前提下，能够使得BIM模型数据量大幅减少，大幅提高轻量化效率和轻量化效果。

Description

一种BIM模型构件类别级轻量化方法及系统

技术领域

本发明属于BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)和交通工程技术领域，具体涉及一种BIM模型构件类别级轻量化方法及系统。

背景技术

BIM，是一种以三维数字技术为基础，集成建设项目各种相关信息的工程数据模型。通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库包含了描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台。

GIS（Geographic Information System，地理信息系统）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

近年来，GIS软件以其多平台、大数据量、空间处理及分析等优点得到用户青睐。以BIM技术实现三维模型创建，以GIS软件实现模型在大尺度地理范围呈现，逐渐成为行业共识。然而随着对模型表达准确性的要求日渐提高，BIM模型也创建得越来越精细，但这对在线GIS平台（网页端及移动端）加载及渲染BIM模型的能力提出了更高要求。为了使模型在线显示流畅，BIM模型轻量化成为亟需攻克的技术难题。

当前基于BIM模型的轻量化手段往往将模型当为同一整体实施无差别轻量化，没有考虑不同构件类别的模型可能具有不同建模方式与建模精度，不能灵活地为不同专业、不同类别、不同构件的BIM模型定制不同的轻量化策略。同时当前轻量化手段普遍存在轻量化实施效率和轻量化加载效果的折中，两者往往不能兼顾，在面对建模复杂度高的模型时轻量化速度慢，极大地阻碍了整体轻量化过程的效率。

当前通过为模型不同构件创建不同精度的轻量化副本为显示系统选择性加载的方式实现构件级轻量化，而非直接针对原模型进行轻量化。一方面当构件数量庞大、构件类别繁多时，轻量化过程所需计算量大，轻量化实施效率较低，且生成多级精度的构件数量众多，存储压力较大，不适合大尺度范围场景的模型应用；另一方面，没有考虑同一构件类别的模型可采用相似轻量化策略，寻求构件级轻量化而非构件类别级轻量化的理念造成轻量化效率较低。

发明内容

为了解决现有轻量化技术效率低等问题，本发明提供了一种BIM模型构件类别级轻量化方法。本发明针对交通工程不同专业、不同类别、不同构件的BIM模型定制不同的轻量化策略，并兼顾效率，在保留所有属性信息的前提下，BIM模型数据量大幅减少，并能以较小的失真度高效率地在网页端、移动端流畅显示。

本发明通过下述技术方案实现：

一种BIM模型构件类别级轻量化方法，包括：

获取BIM模型，并将获取的BIM模型按构件类型进行拆分；

采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化；

为不同构件类型配置不同LOD层级，合并各构件BIM数据并输出至对应LOD层级文件。

优选的，本发明的将获取的BIM模型按构件类型进行拆分步骤具体包括：

将获取的BIM模型根据其属性数据中的构件类型字段进行分类，并将拆分后的不同类别BIM模型构件输出至相应目录；

所述BIM模型包括属性和三维模型相互独立的BIM数据或者属性和三维模型耦合的BIM数据。

优选的，本发明的采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化步骤具体包括：

采用第一轻量化算法对道路专业中具有规则长方形形状的构件进行轻量化；

采用现有轻量化算法或产品对道路专业中不规则构件进行轻量化。

优选的，本发明的第一轻量化算法具体包括：

按桩号由小到大的顺序获取构件左右两侧顶点数组及三角面组成顶点索引数组，并按桩号由小到大排序；

获取轻量化参数，所述轻量化参数包括：一级方向偏角阈值、二级方向偏角阈值、球体曲率阈值和抽稀步长；

获取须保留顶点；

对左右两侧顶点数组分别按预设抽稀步长对须保留顶点范围外的顶点进行提点抽稀，确定保留顶点；

重新按照保留顶点索引数组顺序连接成三角面。

优选的，本发明的按桩号由小到大的顺序获取构件左右两侧顶点数组及三角面组成顶点索引数组，并按桩号由小到大排序步骤具体包括：

提取构件中线；

提取组成构件三维模型的各个三角面，提取每个三角面顶点，构建顶点数组和三角面组成顶点索引数组；其中，所述顶点数组中每三个值代表一个三维顶点，即对应同一个顶点数组索引下标，该三个值分别代表对应顶点在投影坐标系下的x，y，z坐标或在地理坐标系下的维度、经度、高度坐标；所述三角面组成顶点索引数组中的每三个数据代表一个面，其数值由顶点数组索引下标组成，代表组成同一个三角面的三个顶点数组的索引下标；

按照构件中线桩号由小到大的顺序将顶点数组分为左侧顶点数组和右侧顶点数组，其中，所述左侧顶点数组中的顶点为原顶点数组索引下标为偶数的顶点，右侧顶点数组中的顶点为原顶点数组索引下标为奇数的顶点；且所述左侧顶点数组和右侧顶点数组所含顶点数相等，左右一一对应，构成左右侧顶点对。

优选的，本发明的获取须保留顶点步骤具体包括：

步骤1，获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的桩号最小的一个顶点；

步骤2，计算该顶点的一级方向偏角和二级方向偏角；

步骤3，判断该顶点的一级方向偏角和二级方向偏角是否均小于其对应阈值，如果是，则按照桩号从小到大的顺序获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的下一个顶点，并返回步骤2；如果否，则进入步骤4；

步骤4，以该顶点作为起始点选取后向连续4个顶点作为一组，计算该组顶点的球体曲率；

步骤5，判断该组顶点的球体曲率是否小于对应预设阈值，如果是，则按照桩号从小到大的顺序获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的下一个顶点，并返回步骤2；如果否，则进入步骤6；

步骤6，该组顶点均标记为须保留顶点，之后按照桩号从小到大的顺序获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的下一个顶点，并返回步骤2，直到后续顶点数不足四个，则将该点及后续所有点均设为须保留顶点；

步骤7，左右两侧顶点数组的须保留顶点按下标取并集，即将位于同一左右侧顶点对的任意一点被保留，则该左右侧顶点对的左右两点同时被保留。

优选的，本发明的对须保留顶点范围外的顶点进行提点抽稀步骤具体为：

按照桩号从小到大的顺序遍历左侧顶点数组或右侧顶点数组，在遇到下一个须保留顶点以前，按预设抽稀步长保留顶点，间隔小于预设抽稀步长的顶点被剔除，遇到下一个须保留顶点时，以该须保留顶点为起点重新开始按预设抽稀步长保留顶点，间隔小于预设抽稀步长的顶点被剔除。

优选的，本发明的采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化步骤具体还包括：

采用第二轻量化算法对结构物专业中圆柱体构件进行轻量化；

采用现有轻量化算法或产品对结构物专业中非圆柱体构件进行轻量化。

所述第二轻量化算法具体包括：

提取圆柱体构件的两端圆面或椭圆面；

获取轻量化参数，所述轻量化参数包括细长度阈值；

计算所述圆柱体构件的细长度；

判断所述圆柱体构件的细长度是否大于细长度阈值，如果是，则将该圆柱体构件以相等长度的线段代替；如果否，则采用现有轻量化算法或产品进行轻量化。

另一方面，本发明还提出了一种BIM模型构件类别级轻量化系统，包括：

拆分装置、轻量化装置、LOD层级配置装置、合并输出装置和显示装置；

所述拆分装置用于获取不同专业的BIM模型，将获取的BIM模型按照构件类型进行拆分；

所述轻量化装置采用不同轻量化策略对拆分后的不同专业不同构件类型的模型进行轻量化；

所述LOD层级配置装置用于为不同专业不同构件类型配置一个LOD层级值；

所述合并输出装置用于将按构件类型拆分后的轻量化模型数据合并，输出为轻量化模型文件格式或GIS平台数据格式；

所述显示装置对合并输出的文件进行选择性加载。

优选的，本发明的轻量化装置包括道路专业轻量化模块和结构物专业轻量化模块；

所述道路专业轻量化模块包括规则构件轻量化单元和非规则构件轻量化单元；所述规则构件轻量化单元采用第一轻量化算法对道路专业具有规则长方形形状构件类型的构件轻量化；所述非规则构件轻量化单元采用现有轻量化算法或产品对道路专业不规则构件类型的构件轻量化；

所述结构物专业轻量化模块包括圆柱体构件轻量化单元和非圆柱体构件轻量化单元；所述圆柱体构件轻量化单元采用第二轻量化算法对结构物专业圆柱体构件轻量化；所述非圆柱体构件轻量化单元采用现有轻量化算法或产品对结构物专业非圆柱体构件轻量化。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够为交通工程不同专业、不同类别、不同构件的BIM模型定制不同的轻量化策略，轻量化效果好，在保留所有属性信息的前提下（也即信息完整性），对三维BIM数据做了轻量化，成功使得模型数据量减少。特别是针对道路专业中具有规则长方形形状的构建类型和结构物专业中造型细长且数量庞大的圆柱体构件，分别通过各自的轻量化算法轻松达到极佳的轻量化效果。

2、本发明在转换过程中大部分采用成熟轻量化算法或成熟轻量化产品，针对具有特殊形状的模型采用自定义算法，且自定义算法基于数值计算，计算效率更高，最终提升了综合转换效率。

3、本发明针对不同专业、不同构件类别、不同建模方式的BIM模型，可以通过调整自定义算法或成熟算法的轻量化参数达到灵活轻量化的效果，主要参考显示引擎加载压力、构件几何显示重要性决定其轻量化方式，灵活性高。

4、本发明的轻量化模型体量减小，减少了网络传输时间和网络流量，也能成功地减少模型加载时间，减小前端GIS引擎加载压力。同时引入了多细节层次（Levels ofDetail,简称LOD）概念，为不同专业的各种构件根据其重要程度、建模精细度设置一个LOD层级值，代表后续合并处理时该种构件的三维模型输出到该层级值对应的文件中。LOD层级的设置可以与渲染引擎配合达到选择性加载数据的效果，从而最大化减少渲染数据量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的道路专业轻量化流程示意图。

图3为本发明的三维顶点数组及三维顶点索引数组示意图。

图4为本发明的方向偏角示意图。

图5为本发明的道路专业轻量化前后对比效果图。

图6为本发明的结构物专业轻量化流程示意图。

图7为本发明的结构物轻量化前后对比效果图。

图8为本发明的计算机设备结构图。

图9为本发明的系统原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提出了一种BIM模型构件类别级轻量化方法，本实施例提出的方法针对不同专业、不同类别、不同构件的BIM模型采用不同的轻量化策略，在保留所有属性信息的前提下，能够使得BIM模型数据量大幅减少，大幅提高轻量化效率和轻量化效果。

具体如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤101，获取BIM模型，并将其按构件类型进行拆分；

步骤102，采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化；

步骤103，为不同构件类型配置不同LOD层级，合并各构件BIM数据并输出至对应LOD层级文件。

本实施例的步骤101获取的BIM模型如果是属性和三维模型相互独立的（位于不同文件中，通过某一特征字段一一对应，例如编号），则将涉及属性文件和三维模型文件进行分别拆分，且步骤102仅对模型文件进行轻量化处理，步骤103将属性文件与模型文件进行合并。

本实施例的步骤101获取的BIM模型如果是属性和三维模型耦合的（位于同一文件中），则步骤102和步骤103的BIM模型均指耦合BIM模型，以下将独立和耦合的情况统称为BIM模型。

本实施例的步骤101获取的BIM模型包含属性、几何体、材质和实例；其中，几何体、材质和实例统称为三维模型数据，属性成为属性数据。属性数据包含构件类型字段以及用户自定义字段，构件类型字段指代所对应实例的构件类型，用户自定义字段指代其他用户感兴趣的属性信息。

本实施例的步骤101还包括：将获取的BIM模型根据属性数据中的构件类型字段分类，并将拆分后的不同类别BIM模型构件输出至相应目录。

本实施例的步骤102对道路专业和结构物专业采用不同的轻量化策略，同时针对不同构件类型采用不同的轻量化实施方式，轻量化实施方式可以采用现有的轻量化软件，也可以采用本实施例提出的轻量化算法，需要注意的是，轻量化不应减少构件数量，否则属性信息会丢失。

本实施例区分不同专业，对于交通工程技术领域而言，主要分为道路、桥梁、隧道、涵洞、天桥专业，本实施例主要区分为道路专业和结构物专业（包括桥梁、隧道、涵洞、天桥专业的统称）。

本实施例的步骤101获取道路专业BIM模型，根据属性数据中的构件类型字段区分为不同构件类型（例如：路基、路面、边坡、边沟、盲沟、软基换填等）。

本实施例的步骤102提出一种轻量化算法对道路专业中具有规则长方形形状的构件（例如路基、路面、边沟、盲沟等）进行轻量化，具体过程如图2所示，包括：

步骤201，按桩号由小到大的顺序获取构件左右两侧顶点数组及三角面组成顶点索引数组，并按桩号由小到大排序。

其中，对于长方形形状构件模型的每个顶点都对应一个桩号且桩号是按照长方形形状构件的长度方向顺序设置，该桩号可以采用多种方式存储，例如桩号数组，其每一个桩号值对应一个顶点；也可以保存至顶点数组，每个顶点由4个值存储，最后一个值代表桩号。

本实施例的步骤201包括以下具体步骤：

提取构件中线，构件中线通常是平滑曲线。

提取组成构件三维模型的各个三角面，提取每个三角面顶点，构建顶点数组和三角面组成顶点索引数组。

顶点数组每三个值代表一个三维顶点（分别代表x,y,z坐标（投影坐标系下）或纬度，经度，高度坐标（地理坐标系下）），这三个值对应同一个顶点数组“索引下标”，索引下标由小到大，代表桩号范围由小到大。三角面组成顶点索引数组中的每三个数据代表一个面，其数值由顶点数组索引下标组成，代表组成同一个三角面的三个顶点数组的索引下标，如图3所示，具体的：

三维顶点数组示例如下：

[448102.50700075034, 3324748.7481018007, 2622.0640998113126,448115.19484902336, 3324747.5350150852, 2622.2433437999985，448102.03705289797, 3324743.74666133, 2622.210135649752，…] 该数组分别代表下标为0,1,2的三个顶点，每个顶点坐标由3个数值组成，分别代表x,y,z坐标（投影坐标系下）或纬度，经度，高度坐标（地理坐标系下）。

三角面组成顶点索引数组示例如下：

[0,1,2,1,2,3,2,3,4,…]，该数组代表三维顶点数组中索引下标为0,1,2三点组成一个三角面，索引下标为1,2,3三点组成一个三角面，索引下标为2,3,4三点组成一个三角面。

将顶点数组按构件中线桩号由小到大的顺序根据中线左侧、右侧分为两组，分别为左侧顶点数组及右侧顶点数组。其中，左侧顶点数组中的顶点为原三维顶点数组索引下标为偶数的顶点，右侧顶点数组中的顶点为原三维顶点数组索引下标为奇数的顶点，具体的：

左侧顶点数组示例如下：

[448102.50700075034, 3324748.7481018007, 2622.0640998113126,448102.03705289797, 3324743.74666133, 2622.210135649752，…]为原三维顶点数组下标为偶数的顶点。

右侧顶点数组示例如下：

[448115.19484902336, 3324747.5350150852, 2622.2433437999985，448114.7235139783, 3324742.5572810415, 2622.3680937999984，…] 为原三维顶点数组下标为奇数的顶点。

左侧顶点数组及右侧顶点数组所含顶点数相等，左右一一对应。其中在原顶点数组下标为2i（i=0,1,2,…）的左侧顶点与在原顶点索引数组下标为2i+1（i=0,1,2,…）的右侧顶点为一组，定义为“左右侧顶点对”。

步骤202，获取轻量化参数，轻量化参数包括：一级方向偏角阈值、二级方向偏角阈值、球体曲率阈值、抽稀步长。

其中，一级方向偏角为空间连续三点（分别为点1,2,3）之间两条向量（点1,2之间和点2,3之间的两条向量）的方向夹角

，作为初始点（即点1）的一级方向偏角；二级方向偏角为空间连续四点（分别为点1,2,3,4）之间第一和第三条向量（点1,2之间和点3,4之间的两条向量）的方向夹角

，作为初始点（即点1）的二级方向偏角，如图4所示。

球体曲率针对三维曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，表面曲线偏离直线的程度。球体曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大，球体曲率计算方式为空间中任意不共面四个点决定的唯一球体的球半径的倒数，若该四个空间点存在共面，则球体曲率定义为无穷大。

抽稀步长用于将除须保留顶点外的其他顶点按预设步长剔除，步长越大，剔除概率越高。

步骤203，获取须保留顶点。

须保留顶点的几何意义是构件模型前进方向的较大转弯处，是不可忽略的几何细节，故须保留处于转弯处的顶点，该步骤具体包括：

步骤1，分别遍历左侧顶点数组和右侧顶点数组，计算顶点的一级方向偏角、二级方向偏角。具体的：

选定桩号从小到大的顺序遍历所述左侧顶点数组和右侧顶点数组，计算每个顶点的一级方向偏角和二级方向偏角。

以

为始的连续后向空间四点

，

，

，

计算顶点

的一级方向偏角和二级方向偏角，其方向偏角等价于空间向量夹角。计算方法如下：

空间向量夹角公式：

（1）

对于一级方向偏角，其中，

其中：

，

，

。

代入式（1）得到一级方向偏角

为：

同理得到二级方向偏角

为

步骤2，对方向偏角超过阈值的顶点计算球体曲率。

选择一级方向偏角大于一级方向偏角阈值或二级方向偏角大于二级方向偏角阈值的顶点，并以此顶点为始选取连续后向四点为一组，计算该组顶点的球体曲率。若后续顶点数不足四个，将该点及后续所有点均设为须保留顶点。

以

为始的连续后向空间四点

，

，

，

，其球体曲率等价于空间不共面四点共球唯一确定球体的半径的倒数。计算方法如下：

a)若四点共面，则球体曲率=∞，返回。

b)设球体半径为r，球心O坐标为

。利用四点到球心距离相等的性质得到如下四个方程：

展开后分别作

得：

利用克拉默法则求解该非齐次线性方程组：

常系数行列式为：

其中：

,

,

,

常数项矩阵为：

其中：

，

，

，

现设行列式如下：

由此可得解为：

解毕球心O坐标

后，代入

可得球体半径r, 从而得到球体曲率=1/r ，返回。

步骤3，将球体曲率超过球体曲率阈值的顶点标记为须保留顶点。

步骤4，对左侧顶点数组和右侧顶点数组的须保留顶点按下标取并集。

左右两侧须保留顶点取并集，也即若位于同一左右侧顶点对的任意一点被保留，则该左右侧顶点对的左右两点同时被保留。

步骤204，对左侧顶点数组和右侧顶点数组分别按预设抽稀步长提点抽稀。

具体的：

以左侧或右侧顶点数组出发，按照桩号从小到大的顺序遍历顶点，在遇到下一个须保留顶点以前，按预设固定间隔步长保留顶点，间隔小于步长的顶点被剔除，遇到下一个须保留顶点时，以该须保留顶点为起点重新开始计算步长。即对须保留点范围外的顶点予以剔除。

步骤205，重新按照保留顶点索引数组顺序连接成三角面。

对保留的顶点数组，根据其在原顶点数组中的索引下标由小到大顺序排列，并按以下规则重新连接成面：

设须保留左侧顶点数组的相邻两顶点在原顶点数组中的索引下标分别为2i,2j（i<j），则对应的原顶点数组的索引下标为2i+1,2j+1的顶点位于须保留右侧顶点数组中。以原顶点数组中的索引下标为2i,2i+1,2j为一组，2i+1,2j,2j+1为一组重新连接成两个三角面。

本实施例采用上述步骤201-步骤205对道路专业具有规则长方形形状构件类型的构件轻量化前后对比效果图如图5所示，其中，左图为构件原始模型图，右图为构件轻量化后的模型图。

对于道路专业中具有不规则边线的构件类型，例如边坡等，采用现有成熟轻量化算法或成熟轻量化软件产品（如PolygonCruncher软件），首先对需要进行轻量化的拆分后构件模型配置轻量化参数，参数主要包括：优化模式、边角优化选项、材质UV边界保留、顶点颜色保留、法向保留等；其次，批量执行轻量化处理。

本实施例的步骤101获取结构物专业BIM模型，根据其属性数据中的构件类型字段区分为不同构件类型（如：桥梁、天桥专业的墩柱、护栏、伸缩缝等；隧道专业的侧墙、洞口、系统锚杆等；涵洞专业的管节管涵、管座等）。

对于结构物专业中主要由圆柱体构成，且构件数量庞大，没有精细渲染要求的构件类型（如隧道专业中的系统锚杆、隧道钢架等），本实施例提出了一种轻量化算法，具体如图6所示，该轻量化算法包括：

步骤301，提取圆柱体构件的两端圆面或椭圆面；

对于柱体而言，包括两种面，一种是位于两端的（椭）圆面，另一种是侧方面（侧面展开）；本实施例可以采用如下方法来提取圆柱体构件的两端（椭）圆面：

步骤1，（椭）圆面往往顶点数很多，而侧方面往往只要4~8个顶点，通过设定顶点数阈值的方式来实现（椭）圆面的提取；此种方法简单有效。

步骤2，侧方面的几何点中往往存在距离相差极大的两点，而（椭）圆面各点之间距离往往较小，通过设定距离阈值的方式来提取圆柱体构件的两端（椭）圆面，此种方式计算简单，但可能对短粗圆柱存在误判。

步骤3，通过数值拟合平面圆面或平面椭圆面的方程来计算面的圆/椭圆近似度。

如：任取不共线空间5点（该5点共面），通过将各点投影至xy平面，在xy平面中确定圆锥曲线方程。5个点唯一确定一条圆锥曲线假设方程为Ax^2+2Bxy+Cy^2+2Dx+2Ey+F=0；将5个点的值带入，可以得到一个关于变量(A,B,C,D,E,F)的其次线性方程组。解这个方程组，得到A,B,C,D,E,F然后计算B^2-AC,如果小于0，那么就是椭圆，当A=C且B=0时，代表为圆。接着利用该方程计算其他剩余点的拟合程度。如Ax^2+2Bxy+Cy^2+2Dx+2Ey+F的值小于某一阈值的点个数占所有点个数的比例大于某一阈值认为是椭圆或圆面。

此种方法计算量较大，对于数量众多的圆柱体会造成效率降低。

步骤4，通过建模特殊处理，给该模型中的面打上属性以区分该面是（椭）圆面还是侧方面。

步骤302，获取轻量化参数，该轻量化参数包括细长度阈值。

其中，细长度定义为圆柱体等效长度除以某个面积与两侧圆面或椭圆面棉结之和的一般相等的圆的直径。圆柱体等效长度定义为圆柱体沿轴线方向的长度。细长度越大代表该圆柱体越细越长。

步骤303，计算圆柱体构件细长度。

设该圆柱体构件两侧圆面或椭圆面面积分别为

等价圆直径设为

，圆柱体等效长度为

, 则有：

简化得：

由此得到细长度

为：

步骤304，比较圆柱体构件细长度与细长度阈值，根据比较结果采用不同轻量化策略。

如果圆柱体构件细长度大于细长度阈值，则将该圆柱体以相等长度的线段代替。具体的，该圆柱体以相等长度的线段代替的方式为：提取圆柱体轴线方向边线，按预设步长均匀提点，将所有点依次连接成多线段，以保证轴线方向不变。

如果圆柱体构件细长度小于或等于细长度阈值，则采用现有成熟的轻量化算法或轻量化软件产品，首先对需要进行轻量化的拆分后构件模型配置轻量化参数，参数主要包括：优化模式、边角优化选项、材质UV边界保留、顶点颜色保留、法向保留等；其次批量执行轻量化处理。

本实施例采用上述步骤301-步骤304对结构物专业圆柱体构件轻量化，得到如图7所示的结构物专业圆柱体构件轻量化前后对比效果图，其中，左图为轻量化前的圆柱体构件模型，右图为轻量化后的圆柱体构件模型。

对于结构物专业中非圆柱体构件类型，采用现有成熟轻量化算法或轻量化产品，首先对需要进行轻量化的拆分后构件模型配置轻量化参数，参数主要包含：优化模式、边角优化选项、材质UV边界保留、顶点颜色保留、法向保留等；其次批量执行轻量化。

本实施例的步骤103具体包括：

步骤1，为每个构件配置LOD层级值。

LOD层级值根据不同专业的各种构件其重要程度、建模精细度设置。LOD层级值越低，代表该三维模型构件重要程度越高，需要在粗模中展示，或者建模精细度较低，不会对在线GIS渲染引擎造成过大压力。反之，LOD层级值越高，代表该三维模型构件重要程度越低或者建模精细度较高。

步骤2，合并各构件BIM数据并输出至相应LOD层级文件；

如果输入的是属性和三维模型数据独立的BIM模型，则将按构件类型拆分后的属性数据和轻量化后的模型数据进行合并；如果输入的是属性和三维模型数据耦合的BIM模型，则将按构件类型拆分后的轻量化BIM耦合数据进行合并。

本实施例通过设置不同输出文件路径的方式将构件按照其LOD层级值输出至对应LOD层级文件，不同构件可以有相同LOD值，相同构件也可以按需设置不同LOD值以适应不同显示精度要求的场景。

步骤3，通过在线GIS平台进行选择性渲染。

在线GIS平台可采取远距离只加载LOD层级较低的粗模；而在近距离时同时加载视野范围内LOD层级较低的粗模和LOD层级较高的精模的方式，以最大化减少渲染数据量。

本实施例还提出了一种计算机设备，用于执行本实施例的上述方法。

具体如图8所示，计算机设备包括处理器、内存储器和系统总线；内存储器和处理器在内的各种设备组件连接到系统总线上。处理器是一个用来通过计算机系统中基本的算术和逻辑运算来执行计算机程序指令的硬件。内存储器是一个用于临时或永久性存储计算程序或数据(例如，程序状态信息)的物理设备。系统总线可以为以下几种类型的总线结构中的任意一种，包括存储器总线或存储控制器、外设总线和局部总线。处理器和内存储器可以通过系统总线进行数据通信。其中内存储器包括只读存储器(ROM)或闪存(图中未示出)，以及随机存取存储器(RAM)，RAM通常是指加载了操作系统和计算机程序的主存储器。

计算机设备一般包括一个外存储设备。外存储设备可以从多种计算机可读介质中选择，计算机可读介质是指可以通过计算机设备访问的任何可利用的介质，包括移动的和固定的两种介质。例如，计算机可读介质包括但不限于，闪速存储器(微型SD卡)，CD-ROM，数字通用光盘(DVD)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备，或者可用于存储所需信息并可由计算机设备访问的任何其它介质。

计算机设备可在网络环境中与一个或者多个网络终端进行逻辑连接。网络终端可以是个人电脑、服务器、路由器、智能电话、平板电脑或者其它公共网络节点。计算机设备通过网络接口（局域网LAN接口）与网络终端相连接。局域网(LAN)是指在有限区域内，例如家庭、学校、计算机实验室、或者使用网络媒体的办公楼，互联组成的计算机网络。WiFi和双绞线布线以太网是最常用的构建局域网的两种技术。

应当指出的是，其它包括比计算机设备更多或更少的子系统的计算机系统也能适用于发明。

如上面详细描述的，适用于本实施例的计算机设备能执行BIM模型构件类别级轻量化方法的指定操作。计算机设备通过处理器运行在计算机可读介质中的软件指令的形式来执行这些操作。这些软件指令可以从存储设备或者通过局域网接口从另一设备读入到存储器中。存储在存储器中的软件指令使得处理器执行上述的群成员信息的处理方法。此外，通过硬件电路或者硬件电路结合软件指令也能同样实现本发明。因此，实现本实施例并不限于任何特定硬件电路和软件的组合。

实施例2

本实施例提出了一种BIM模型构件类别级轻量化系统，具体如图9所示，本实施例的系统包括：

拆分装置、轻量化装置、LOD层级配置装置、合并输出装置、显示装置。

其中，拆分装置用于获取不同专业的BIM模型数据，并将其按照构件类型进行拆分，将拆分后的模型输出至相应目录。

轻量化装置采用不同轻量化策略对拆分后的不同专业不同构件类型的模型进行轻量化。

LOD层级配置装置用于为不同专业不同构件类型配置一个LOD层级值；

合并输出装置用于将按构件类型拆分后的轻量化模型数据合并，输出为轻量化模型文件格式或GIS平台数据格式（如适用于ArcGIS平台的GDB数据格式或适用于SuperMap平台的UDB数据格式）；

显示装置可采用在线GIS平台对合并输出的文件进行选择性加载。

本实施例的拆分装置输入的BIM模型可以是属性及三维模型独立的形式，也可以是属性及三维模型耦合的形式。

本实施例的拆分装置在输入属性及三维模型独立的BIM模型时，则该拆分装置包括属性拆分模块、三维模型拆分模块；该属性拆分模块用于将属性数据按构件类型拆分，该三维模型拆分模块用于将三维模型按构件类型拆分；所述拆分装置在输入属性及三维模型耦合的BIM模型时，该拆分装置对耦合BIM数据进行按构件类型拆分。

本实施例的拆分装置还包括第一存储模块，该第一存储模块用于将拆分后的BIM数据按照构件类型输出至该构件类型相应的目录。

本实施例的轻量化装置包括道路专业轻量化模块和结构物专业轻量化模块；

其中，道路专业轻量化模块包括规则构件轻量化单元和非规则构件轻量化单元；规则构件轻量化单元采用如上述实施例1提出的如步骤201-步骤205所示的轻量化算法对道路专业具有规则长方形形状构件类型的构件轻量化；非规则构件轻量化单元采用现有轻量化算法或轻量化软件产品对道路专业不规则构件类型的构件轻量化。

结构物专业轻量化模块包括圆柱体构件轻量化单元和非圆柱体构件轻量化单元；圆柱体构件轻量化单元采用如上述实施例1提出的如步骤301-步骤304所示的轻量化算法对结构物专业圆柱体构件轻量化；非圆柱构件轻量化单元采用现有轻量化算法或轻量化软件产品对结构物专业非圆柱体构件轻量化。

本实施例的轻量化装置还包括第二存储模块，该第二存储模块用于将轻量化后的BIM模型根据属性数据中的构件类型字段输出至该构件类型的相应（指定）目录。

本实施例的合并输出装置针对按构件拆分后的属性数据和轻量化后模型数据进行合并（即在输入属性和三维模型独立的情况）；或者针对按构件拆分后的轻量化BIM耦合数据进行合并（即在输入属性和三维模型耦合的情况）。

本实施例的显示装置采用远距离只加载LOD层级较低的粗模，而在近距离时同时加载视野范围内LOD层级较低的粗模和LOD层级较高的精模的方式，以最大化减少渲染数据量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种BIM模型构件类别级轻量化方法，其特征在于，包括：

获取BIM模型，并将获取的BIM模型按构件类型进行拆分；

采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化；

为不同构件类型配置不同LOD层级，合并各构件BIM数据并输出至对应LOD层级文件；

所述采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化步骤具体包括：

采用第一轻量化算法对道路专业中具有规则长方形形状的构件进行轻量化；

采用现有轻量化算法或产品对道路专业中不规则构件进行轻量化；

所述采用不同轻量化策略分别对拆分后的不同专业不同构件类型的BIM模型进行轻量化步骤具体还包括：

采用第二轻量化算法对结构物专业中圆柱体构件进行轻量化；

采用现有轻量化算法或产品对结构物专业中非圆柱体构件进行轻量化；

所述第二轻量化算法具体包括：

提取圆柱体构件的两端圆面或椭圆面；

获取轻量化参数，所述轻量化参数包括细长度阈值；

计算所述圆柱体构件的细长度；所述细长度定义为圆柱体等效长度除以面积与两侧圆面或椭圆面面积之和等价的圆直径；

判断所述圆柱体构件的细长度是否大于细长度阈值，如果是，则将该圆柱体构件以相等长度的线段代替；如果否，则采用现有轻量化算法或产品进行轻量化。

2.根据权利要求1所述的一种BIM模型构件类别级轻量化方法，其特征在于，所述将获取的BIM模型按构件类型进行拆分步骤具体包括：

将获取的BIM模型根据其属性数据中的构件类型字段进行分类，并将拆分后的不同类别BIM模型构件输出至相应目录；

所述BIM模型包括属性和三维模型相互独立的BIM数据或者属性和三维模型耦合的BIM数据。

3.根据权利要求1所述的一种BIM模型构件类别级轻量化方法，其特征在于，所述第一轻量化算法具体包括：

按桩号由小到大的顺序获取构件左右两侧顶点数组及三角面组成顶点索引数组，并按桩号由小到大排序；所述按桩号由小到大的顺序获取构件左右两侧顶点数组及三角面组成顶点索引数组，并按桩号由小到大排序步骤具体包括：

提取构件中线；

提取组成构件三维模型的各个三角面，提取每个三角面顶点，构建顶点数组和三角面组成顶点索引数组；其中，所述顶点数组中每三个值代表一个三维顶点，即对应同一个顶点数组索引下标，该三个值分别代表对应顶点在投影坐标系下的x，y，z坐标或在地理坐标系下的维度、经度、高度坐标；所述三角面组成顶点索引数组中的每三个数据代表一个面，其数值由顶点数组索引下标组成，代表组成同一个三角面的三个顶点数组的索引下标；

按照构件中线桩号由小到大的顺序将顶点数组分为左侧顶点数组和右侧顶点数组，其中，所述左侧顶点数组中的顶点为原顶点数组索引下标为偶数的顶点，右侧顶点数组中的顶点为原顶点数组索引下标为奇数的顶点；且所述左侧顶点数组和右侧顶点数组所含顶点数相等，左右一一对应，构成左右侧顶点对；

获取轻量化参数，所述轻量化参数包括：一级方向偏角阈值、二级方向偏角阈值、球体曲率阈值和抽稀步长；

获取须保留顶点；所述获取须保留顶点步骤具体包括：

步骤1，获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的桩号最小的一个顶点；

步骤2，计算该顶点的一级方向偏角和二级方向偏角；

步骤3，判断该顶点的一级方向偏角和二级方向偏角是否均小于其对应阈值，如果是，则按照桩号从小到大的顺序获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的下一个顶点，并返回步骤2；如果否，则进入步骤4；

步骤4，以该顶点作为起始点选取后向连续4个顶点作为一组，计算该组顶点的球体曲率；

步骤5，判断该组顶点的球体曲率是否小于对应预设阈值，如果是，则按照桩号从小到大的顺序获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的下一个顶点，并返回步骤2；如果否，则进入步骤6；

步骤6，该组顶点均标记为须保留顶点，之后按照桩号从小到大的顺序获取左侧顶点数组或右侧顶点数组中的下一个顶点，并返回步骤2，直到后续顶点数不足四个，则将该点及后续所有点均设为须保留顶点；

步骤7，左右两侧顶点数组的须保留顶点按下标取并集，即将位于同一左右侧顶点对的任意一点被保留，则该左右侧顶点对的左右两点同时被保留；

对左右两侧顶点数组分别按预设抽稀步长对须保留顶点范围外的顶点进行提点抽稀，确定保留顶点；

重新按照保留顶点索引数组顺序连接成三角面。

4.根据权利要求3 所述的一种BIM模型构件类别级轻量化方法，其特征在于，所述对须保留顶点范围外的顶点进行提点抽稀步骤具体为：

按照桩号从小到大的顺序遍历左侧顶点数组或右侧顶点数组，在遇到下一个须保留顶点以前，按预设抽稀步长保留顶点，间隔小于预设抽稀步长的顶点被剔除，遇到下一个须保留顶点时，以该须保留顶点为起点重新开始按预设抽稀步长保留顶点，间隔小于预设抽稀步长的顶点被剔除。

5.一种BIM模型构件类别级轻量化系统，其特征在于，包括：

拆分装置、轻量化装置、LOD层级配置装置、合并输出装置和显示装置；

所述拆分装置用于获取不同专业的BIM模型，将获取的BIM模型按照构件类型进行拆分；

所述轻量化装置采用不同轻量化策略对拆分后的不同专业不同构件类型的模型进行轻量化；

所述LOD层级配置装置用于为不同专业不同构件类型配置一个LOD层级值；

所述合并输出装置用于将按构件类型拆分后的轻量化模型数据合并，输出为轻量化模型文件格式或GIS平台数据格式；

所述显示装置对合并输出的文件进行选择性加载；所述轻量化装置包括道路专业轻量化模块和结构物专业轻量化模块；

所述道路专业轻量化模块包括规则构件轻量化单元和非规则构件轻量化单元；所述规则构件轻量化单元采用第一轻量化算法对道路专业具有规则长方形形状构件类型的构件轻量化；所述非规则构件轻量化单元采用现有轻量化算法或产品对道路专业不规则构件类型的构件轻量化；

所述结构物专业轻量化模块包括圆柱体构件轻量化单元和非圆柱体构件轻量化单元；所述圆柱体构件轻量化单元采用第二轻量化算法对结构物专业圆柱体构件轻量化；所述非圆柱体构件轻量化单元采用现有轻量化算法或产品对结构物专业非圆柱体构件轻量化；

所述第二轻量化算法具体包括：

提取圆柱体构件的两端圆面或椭圆面；

获取轻量化参数，所述轻量化参数包括细长度阈值；

计算所述圆柱体构件的细长度；所述细长度定义为圆柱体等效长度除以面积与两侧圆面或椭圆面面积之和等价的圆直径；

判断所述圆柱体构件的细长度是否大于细长度阈值，如果是，则将该圆柱体构件以相等长度的线段代替；如果否，则采用现有轻量化算法或产品进行轻量化。

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