CN114004002B

CN114004002B - Cim平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置

Info

Publication number: CN114004002B
Application number: CN202111640108.3A
Authority: CN
Inventors: 蔺珂菲; 王平健; 许毅; 洛一丹; 李凯; 张弛
Original assignee: Tianjin Tianfang Technology Development Co ltd
Current assignee: Tianjin Tianke Digital Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2041-12-30
Also published as: CN114004002A

Abstract

本发明提供了一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置，包括以下步骤：A1、从三维软件中导出高精度三维建筑模型数据信息，并提取高精度三维建筑模型数据信息中的模型数据以及包围盒数据；A2、将模型数据进行简化、分块分级处理后再进行压缩，形成压缩后的模型数据；A3、将步骤A2中的压缩后的模型数据、步骤A1中的包围盒数据、压缩后的模型数据的实际经纬度信息进行整合，形成整合数据，并针对整合数据构建空间索引。有益效果：以大型BIM模型的体量，结合轻量化、空间缩影等技术融合为一个CIM平台，保证CIM平台在Web应用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CIM技术、BIM技术在Web和移动端的应用和发展提供可行的技术保障。

Description

CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置

技术领域

本发明属于CIM场景展示领域，尤其是涉及CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置。

背景技术

现有的CIM展示场景，通常使用白色方块或其他简单形状来代表城市中的建筑信息，这样就能在有限的硬件资源下看到更多的建筑粗略信息（位置、体积等）。但展示简单形状只能对市政、国土资源规划有一定效果，如果想更细致的管理，比如水电管网管理、物业运维、室内消防救援等都无法做到。而加载高精度BIM模型则能解决上述遇到的情况，但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如果加载稍多一些，又会面临计算机硬件负荷过高无法运行、程序迟钝、程序崩溃等问题，严重影响了建筑行业CIM技术、BIM技术在Web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CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置，以大型BIM模型的体量，结合轻量化、空间缩影等技术融合为一个CIM平台，保证CIM平台在Web应用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CIM技术、BIM技术在Web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：

第一方面本方案公开了一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法，包括以下步骤：

A1、从三维软件中导出高精度三维建筑模型数据信息，并提取高精度三维建筑模型数据信息中的模型数据以及包围盒数据；

A2、将模型数据进行简化、分块分级处理后再进行压缩，形成压缩后的模型数据；

A3、将步骤A2中的压缩后的模型数据、步骤A1中的包围盒数据、压缩后的模型数据的实际经纬度信息进行整合，形成整合数据，并针对整合数据构建空间索引；

A4、将整合数据以及空间索引上传至服务器端，并通过服务器对整合数据以及空间索引进行预加载；

A5、用户根据需求在本地端通过空间索引从服务器端调取高精度三维建筑模型画面。

进一步的，在步骤A2中，包括以下步骤：

B1、对步骤A1中的模型数据进行减面操作，形成减面后的模型数据；

B2、对步骤B1中减面后的模型数据进行分块分级处理，形成分块分级后的模型数据；

B3、将步骤B2中形成的分块分级后的模型数据进行压缩。

进一步的，在步骤B2中，进行分块分级处理包括LOD处理和HLOD处理。

进一步的，在步骤A5中，用户使用客户端对三维场景进行浏览时，首先根据用户的可视画面范围，根据可视画面范围获取对应的模型数据的实际经纬度信息，再通过调取模型数据的实际经纬度信息对应的索引文件向用户展示高精度建筑模型。

进一步的，还包括高精度建筑模型的缓存方法，根据实际的硬件阈值对已经移出用户可视画面范围内的建筑模型信息、处于用户可视画面范围内的但是被遮挡隐藏的建筑模型信息进行缓存或者释放；

硬件阈值包括内存、显存占用比例。

第二方面本方案公开了一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的装置，用于执行第一方面所述的CIM场景下海量高精度建筑模型展示的方法，包括：

三维数据导出模块：通过Revit提供的SDK进行二次开发导出模型数据、包围盒数据；

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；

LOD分块模块：使用优化过的四叉树算法，计算LOD分块信息，构建三维模型的LOD索引文件；

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；

三维数据压缩模块：用于在服务器使用draco算法压缩三维模型数据；

三维文件创建模块：根据三维模型格式标准，将轻量化后的二进制三维数据进行生成；

空间索引创建模块：根据模型经纬度和包围盒信息，使用跳表加十字链表技术，对模型经纬度和包围盒进行空间范围性索引建立；

快速碰撞模块：用于摄像机覆盖范围与建立的模型空间范围索引进行快速碰撞检测；

模型加载模块：用于将提取并转化后的三维模型文件进行加载；

模型卸载模块：用于模型是否在摄像机照射范围内判断，及模型隐藏、卸载测量。

第三方面本方案公开了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行第一方面所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法。

第四方面本方案公开了一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行第一方面所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法。

第五方面本方案公开了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行第一方面所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法。

相对于现有技术，本发明所述的CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置具有以下有益效果：

本发明所述的CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置提供了CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置，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CIM平台中所加载的BIM模型数量，提高CIM平台在Web应用和移动端应用中显示和操作流畅度，避免由于BIM模型的体量过大、数据过多影响CIM平台的应用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一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法示意图。

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。

CIM（City Information Modeling）城市信息模型是以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体。

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模型数据展示的需求。

为了在日益广泛的互联网或移动端APP中使用CIM技术，当前的CIM应有系统一般。通常的工作过程包括：

步骤一、通过其他其他公司、机构购买或自己画城市白模数据，外部购买GIS地图数据；

步骤二、对步骤一得到白模数据、地图数据进行处理一遍加入到自己的CIM平台；

步骤三、使用浏览器客户端或移动端APP通过网络访问WEB服务器，并请求WEB服务器进行白模数据、地图数据进行加载；

步骤四、在步骤三所需文件加载完成后，浏览器网页或移动端APP展示模型并可以对模型进行操作。

现有的CIM应用在处理数量较多但精细度极低的白模时，尚可以进行展示和操作。随着高精度BIM的发展,建筑三维模型的体量增加，复杂度增大，想要将BIM模型真正融入到CIM应用中，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加载海量BIM模型，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CIM平台在Web端和移动端的应用和发展。

因此，有必要提供CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置，降低大型BIM模型的体量，对BIM模型建立空间索引，优化可见效果，保证建筑行业的BIM模型能成功运用在CIM平台上，并在Web应用和移动端应用中能够快速加载，流畅显示和操作，为CIM平台在Web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CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法及装置，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CIM平台中所加载的BIM模型数量，提高CIM平台在Web应用和移动端应用中显示和操作流畅度，避免由于BIM模型的体量过大、数据过多影响CIM平台的应用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CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法，包括：

1)从三维软件中导出BIM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)在上述BIM数据中提取模型数据和包围盒数据。

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)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。

4)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3) 步减面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索引文件中。

此过程采用多线程技术，提高处理效率。

5)在服务器进行三维数据压缩处理。

具体方法为：使用draco算法压缩三维模型数据。该算法压缩效率高，能显著减小3D文件的大小。将第4)步经过LOD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三维模型数据文件。三维模型配合前端引擎通过解压缩后获取原始三维数据加载使用。

此过程采用多线程技术，提高处理效率。

6)根据模型经纬度和包围盒数据构建空间索引。

具体方法为：根据模型经纬度和第2)步得到的包围盒信息，对经纬度和包围盒的左上、右下分别建立二维数据，使用十字链表技术对经纬度和包围盒的二维数据进行管理和索引创建，使用跳表技术进行快速定位查找。至此，完成对模型经纬度和包围盒进行空间范围性索引建立。

此过程采用多线程技术，提高处理效率。

7)在WEB应用中对模型空间索引进行预加载

具体方法为：将第6)步得到的空间索引信息，在基于WEB的CIM平台中进行预加载。

8)在应用中进行三维场景浏览时，根据摄像机视锥和模型空间索引信息快速检索所覆盖模型。

具体方法为：在进行三维浏览时，根据摄像机经纬度形成一个碰撞盒，先和模型空间索引中的数据进行一次AABB粗略碰撞并得到碰撞结果。获取到粗略碰撞信息后，再根据射线机视锥体对粗略碰撞结果进行细致的不规则网格碰撞检测。

9)加载摄像机覆盖到的模型。

具体方法为：将第8)步得到的结果，在基于WEB的CIM平台中进行加载、展示。

10)模型出摄像机范围后进行隐藏或根据硬件阈值释放。

具体方法为：在摄像机进行移动后，对当前已在范围内显示的模型包围盒进行细致的不规则网格碰撞检测，若没发生碰撞则说明此模型在摄像机中不可见，则进行隐藏操作，若发现当前隐藏模型过多，内存、显存等即将达到阈值，则对比较早、比较远的隐藏模型进行销毁释放，而近处隐藏模型在摄像机移动时能快速显示，不用重新加载。

根据本发明的另一个方面，提供一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的装置，包括：

LOD分块模块：使用优化过的四叉树算法，计算LOD分块信息，构建三维模型的LOD索引文件； HLOD合并模块：使用已经过处理的LOD数据，合并一定范围内精度最低的LOD模型。并将生成的新的范围模型数据，替换为范围内所有模型的LOD最上级。

三维文件创建模块：根据三维模型格式标准，将轻量化后的二进制三维数据进行生成，此格式有利于网络传输，并且能够高效加载；

以下为本申请涉及的英文缩略语的中文释义：

CIM：City Information Modeling，城市信息模型，结合海量BIM数据加GIS地图数据结合物联网等其他数据共同打造的城市信息平台。

BIM：Building Information Modeling，建筑信息模型。

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；HLOD：全称Hierarchical Level of Detail。其原理是将选中的物体组成一个新的mesh,生成新的材质,替换原场景中的物体,以便达到减少drawcall的目的。

AABB碰撞：两矩形间碰撞检测。

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

1.一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A5、用户根据需求在本地端通过空间索引从服务器端调取高精度三维建筑模型画面；

在步骤A2中，包括以下步骤：

B3、将步骤B2中形成的分块分级后的模型数据进行压缩；

在步骤B2中，进行分块分级处理包括LOD处理和HLOD处理。

2.根据权利要求1所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法，其特征在于：在步骤A5中，用户使用客户端对三维场景进行浏览时，首先根据用户的可视画面范围，根据可视画面范围获取对应的模型数据的实际经纬度信息，再通过调取模型数据的实际经纬度信息对应的索引文件向用户展示高精度建筑模型。

3.根据权利要求1所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法，其特征在于：还包括高精度建筑模型的缓存方法，根据实际的硬件阈值对已经移出用户可视画面范围内的建筑模型信息、处于用户可视画面范围内的但是被遮挡隐藏的建筑模型信息进行缓存或者释放；

硬件阈值包括内存、显存占用比例。

4.一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的装置，用于执行如权利要求1-3任一所述的CIM场景下海量高精度建筑模型展示的方法，其特征在于包括：

5.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1-3任一所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法。

6.一种服务器，其特征在于：包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-3任一所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法。

7.一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的一种CIM平台下海量高精度建筑模型展示的方法。