CN117688635A - 基于射线追踪的bim模型脱壳方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于射线追踪的BIM模型脱壳方法、系统及介质，该方法包括：将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充；基于每个凸多面体模型，选择模型的中心点；基于所选择模型的中心点采用射线追踪策略，获得每个凸多面模型的外壳模型A；将每个凸多面体模型对应的外壳模型A按位置拼接起来得到整个模型的外壳模型B。本发明采用射线式追踪外壳提取模式，可以实现高精度模型外壳的提取，仅仅需要少量人工干预或无需人工干预即可自动生成三维BIM模型外壳，保证外形与颜色保持不变，提高BIM模型轮廓提取过程效率性和准确性，同时方便数据存储与管理。
Description
技术领域
本发明涉及建筑信息模型技术领域，尤其涉及一种基于射线追踪的BIM模型脱壳方法、系统及介质。
背景技术
CIM模型主要体现在CIM对于城市空间全要素模型的表达，以及城市级别海量多源数据和各类模型的汇聚和融合技术上。城市级别不同场景不同精度的模型具有各自的特征，平台需要分别针对不同场景的模型进行优化处理，从而实现城市级别的模型可在一个屏幕快速流畅的进行查看和管理，现如今，BIM模型向精细化、全面化方面发展，其中包含的模型细节越来越多且越来越大，导致模型体积也越来越大，在CIM大场景中如何快速实现对BIM模型的融合展示，一直是CIM平台需要解决的问题。实际上在大场景展示的渲染中并不需要如此精细的模型，如果能提取到模型轮廓数据将会使加载速度与加载数据大量降低。
BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各阶段相关信息的工程数据模型，并可以在全生命周期内提供建筑物的全部基础数据信息。建筑信息模型(BuildingInformation Modeling)是基于三维数字技术，在计算机中建立集成建筑工程在生命周期中的各种工程相关信息的数字化信息模型，是数字技术在建筑业中的直接应用。轻量化是指在保证模型数据的安全性及效果的同时，对相关数据进行压缩以减少模型体量的一种方式。BIM轻量化中的脱壳技术是BIM技术发展的关键技术之一，国内外对于BIM轻量化已有相关的研究。比较成熟BIM技术相关企业Song等设计了一种通过识别模型特征而得到细节层次模型的算法；根据模型特征生成了细节层次模型，并且对该模型进行边折叠操作；主要由基于顶点删除法，张小兵提出了一种新的、能够较好地获取模型平面的算法该算法可以填补简化后的部分顶点；提出了一种利用Wrap-around的简化算法，该算法根据细节层次可抑制特征的删除序列，生成所需要的细节层次模型；提出的算法，无论特征重排正或负，都能生成合理的、形状外观相同的LOD模型；提出了一种适合于工程应用的轻量化算法，能够对原始模型进行简化，保证一定精度条件下模型具有较高的压缩比；将模型分为细微结构替换、表面特征处理、装配间隙缝合和模型抽壳等4个过程，实现了模型的轻量化；殷明强提出了一种简化算法，这种算法能够保证模型在外观不变的情况下，达到较好的简化效果。
众所周知，BIM模型数据量都非常大，加载、传输BIM模型都壁较消耗算力、带宽，占用较多资源，业界虽然有些厂商有做BIM轻量化的工具，但很多是通过减面、把模型分专业提取或者重复模型的实例化来实现，这固然能满足较多场景的使用，加快了BIM模型的加载、分发与共享，但很多场景下，特别是大场景下，我们只需要展现BIM模型的外壳，要求的不是很精细，在这种情况下，现有的BIM模型的轻量化技术还是显得笨重多了。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于射线追踪的BIM模型脱壳方法、系统及介质，旨在解决BIM模型数据在CIM平台中因数据量过大占用大量软硬件资源的问题，实现高精度模型外壳的提取，提高BIM模型轮廓提取过程效率和准确率。
为了达到上述目的，本发明提出一种基于射线追踪的BIM模型脱壳方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S10，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充；
步骤S20，基于每个凸多面体模型，选择模型的中心点；
步骤S30，基于所选择模型的中心点采用射线追踪策略，获得每个凸多面模型的外壳模型A；
步骤S40，将每个凸多面体模型对应的外壳模型A按位置拼接起来得到整个模型的外壳模型B。
本发明进一步的技术方案是，所述步骤S30，基于所选择模型的中心点采用射线追踪策略，获得每个凸多面模型的外壳模型A的步骤具体包括：
步骤S301，以所选择的中心点为球心，生成包括凸多面体的球面；
步骤S302，根据凸多面体模型的精度要求，在球面上均匀生成一系列的点；
步骤S303，从球心向球面上的点发射射线，所述射线与凸多面体模型的三角面会产生多个交点，记录作为多个三角面的共同顶点的交点以及对应的三角面；
步骤S304，取与球心最远的三角面，记录下三角面顶点组及相关纹理属性；
步骤S305，根据所有三角面顶点组及相关纹理属性获得每个凸多面模型的外壳模型A。
本发明进一步的技术方案是，所述步骤S10，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充之前还包括：
步骤S00，在获取到BIM模型时，判断BIM模型是否为凸多面体模型，若是，则执行所述步骤S20；若不是，则执行所述步骤S10。
本发明进一步的技术方案是，所述步骤S302中，点的数量是凸多面体模型三角面的1至10倍。
本发明进一步的技术方案是，所述步骤S302中，点的数量是凸多面体模型三角面的两倍。
为实现上述目的，本发明还提出一种基于射线追踪的BIM模型脱壳系统，所述系统包括存储器、处理器以及存储在所述处理器上的基于射线追踪的BIM模型脱壳程序，所述基于射线追踪的BIM模型脱壳程序被处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有基于射线追踪的BIM模型脱壳程序，所述基于射线追踪的BIM模型脱壳程序被处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。
本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法、系统及介质的有益效果是：
本发明通过上述技术方案，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充；基于每个凸多面体模型，选择模型的中心点；基于所选择模型的中心点采用射线追踪策略，获得每个凸多面模型的外壳模型A；将每个凸多面体模型对应的外壳模型A按位置拼接起来得到整个模型的外壳模型B，采用射线式追踪外壳提取模式，可以实现高精度模型外壳的提取，仅仅需要少量人工干预或无需人工干预即可自动生成三维BIM模型外壳，保证外形与颜色保持不变，提高BIM模型轮廓提取过程效率性和准确性，同时方便数据存储与管理。
附图说明
图1是本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法较佳实施例的整体流程示意图；
图2是步骤S30的细化流程示意图。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
考虑到目前提取BIM模型外壳粒度比较粗糙，特别是涉及不规则建筑物时，外壳模型与实际模型存在一定的差异性，BIM模型数据在CIM平台中因数据量过大占用大量软硬件资源的问题，本发明提出一种解决方案。
具体地，本发明提出一种基于射线追踪的BIM模型脱壳方法，本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法所采用的技术方案主要是采用射线式追踪外壳提取模式，可以实现高精度模型外壳的提取，仅仅需要少量人工干预或无需人工干预即可自动生成三维BIM模型外壳，保证外形与颜色保持不变，提高BIM模型轮廓提取过程效率性和准确性，同时方便数据存储与管理。
请参照图1，本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法较佳实施例包括以下步骤：
步骤S10，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充。
如果BIM模型总体上为非凸多面体，例如L型、或者U型，或者其他凹型建筑，则通过切割的方式，切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充。
步骤S20，基于每个凸多面体模型，选择模型的中心点。
步骤S30，基于所选择模型的中心点，采用射线追踪策略获得每个凸多面模型的外壳模型A。
步骤S40，将每个凸多面体模型对应的外壳模型A按位置拼接起来得到整个模型的外壳模型B。
其中，请参照图2，所述步骤S30，基于所选择模型的中心点，采用射线追踪策略获得每个凸多面模型的外壳模型A的步骤具体包括：
步骤S301，以所选择的中心点为球心，生成包括凸多面体的球面。
本实施例中，以所选择的中心点为球心，生成一个球面，此球面能够包含凸多面体。
步骤S302，根据凸多面体模型的精度要求，在球面上均匀生成一系列的点。
本实施例中，模型外部轮廓精度可以球面的点的稀疏来调整外壳模型的精度，在球面点足够密的情况下，可以获得跟模型真实外观一样的外壳模型。
作为一种实施方案，本实施例中，点的数量是凸多面体模型三角面的1至10倍，进一步地可优选为凸多面体模型三角面的2倍以上。
步骤S303，从球心向球面上的点发射射线，所述射线与凸多面体模型的三角面会产生多个交点，记录作为多个三角面的共同顶点的交点以及对应的三角面。
本实施例中，所述射线与凸多面体(包括内部模型)的三角面会产生多个交点，每个交点对应一个三角面，如果ci交点刚好是多个三角面的共同顶点，可把所有三角面都记录下来。
步骤S304，取与球心最远的三角面，记录下所有三角面顶点组及相关纹理属性。
步骤S305，根据所有三角面顶点组及相关纹理属性获得每个凸多面模型的外壳模型A。
本实施例中，在获得所有顶点组及相关纹理属性等后，由这些顶点组及相关纹理属性等，即可获得每个凸多面体模型的外壳模型A。
进一步地，请继续参照图1，本实施例中，所述步骤S10，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充之前还包括：
步骤S00，在获取到BIM模型时，判断BIM模型是否为凸多面体模型，若是，则执行所述步骤S20；若不是，则执行所述步骤S10。
本实施例中，如果BIM模型总体上为非凸多面体，例如L型、或者U型，或者其他凹型建筑，则通过切割的方式，切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充。
需要提出的是，本实施例中，凸多面体的包围面-球面，可以尽量靠近凸多面体，如果凸多面体为细长型建筑，包围面可以用对应圆柱体代替，如果凸多面体为常见长方体，包围面可以用对应长方体代替，当然，此圆柱体或长方体应符合尽量靠近凸多面体为宜。
以下对本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法的技术应用进行说明。
本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法的技术应用包括但不限于：数据浏览、数据应用、硬件要求。
一、在数据浏览方面
体量较大的BIM模型在没有采用抽壳技术进行轻量化以前，模型加载时易出现延迟、卡顿、闪面以及懶加载的现象，从而导致加载效率低、模型显示不完整等问题。在采用本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法后，模型浏览时的延迟、卡顿、闪面以及懒加载的问题得到了很好的解决，使模型在大场景下可以完全、很好地展示出来，加载效率得到了很大的提升。同时，在采用大场景查看BIM模型时，只显示外部构件外壳，大大改善了数据浏览初始化及加载过程中的一系列卡顿问题。
二、在数据应用方面
大量复杂的BIM模型不仅影响数据浏览的显示效果，而且BIM模型的懒加载现象还会影响工程项目的辅助决策。BIM模型的懒加载经常会导致决策人降低对于前后模型的关联，会出现观看了前面模型而遗忘后面未显示的模型，观看了后面模型而遗忘前面未显示的模型。而采用本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法改善了模型加载慢、时间长的现象对于工程项目的辅助决策具有重要意义。
三、在降低硬件需求方面
大量复杂的BIM模型对于电脑的配置要求比较高，在进行模型轻量化之后不但降低了内存，而且对电脑的配置要求比较低。抽壳后的数据内存大小有比较明显的减小。由此，采用本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法对于大量复杂的BIM模型来说，将大幅减小对内存的占用，从而降低了对电脑配置的要求。
本发明基于射线追踪的BIM模型脱壳方法的有益效果是：
本发明通过上述技术方案，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充；基于每个凸多面体模型，选择模型的中心点；基于所选择模型的中心点采用射线追踪策略，获得每个凸多面模型的外壳模型A；将每个凸多面体模型对应的外壳模型A按位置拼接起来得到整个模型的外壳模型B，采用射线式追踪外壳提取模式，可以实现高精度模型外壳的提取，仅仅需要少量人工干预或无需人工干预即可自动生成三维BIM模型外壳，保证外形与颜色保持不变，提高BIM模型轮廓提取过程效率性和准确性，同时方便数据存储与管理。
为实现上述目的，本发明还提出一种基于射线追踪的BIM模型脱壳系统，所述系统包括存储器、处理器以及存储在所述处理器上的基于射线追踪的BIM模型脱壳程序，所述基于射线追踪的BIM模型脱壳程序被处理器运行时执行如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。
为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有基于射线追踪的BIM模型脱壳程序，所述基于射线追踪的BIM模型脱壳程序被处理器运行时执行如上实施例所述的方法的步骤，这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于射线追踪的BIM模型脱壳方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S10，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充；
步骤S20，基于每个凸多面体模型，选择模型的中心点；
步骤S30，基于所选择模型的中心点采用射线追踪策略，获得每个凸多面模型的外壳模型A；
步骤S40，将每个凸多面体模型对应的外壳模型A按位置拼接起来得到整个模型的外壳模型B。
2.根据权利要求1所述的基于射线追踪的BIM模型脱壳方法，其特征在于，所述步骤S30，基于所选择模型的中心点采用射线追踪策略，获得每个凸多面模型的外壳模型A的步骤具体包括：
步骤S301，以所选择的中心点为球心，生成包括凸多面体的球面；
步骤S302，根据凸多面体模型的精度要求，在球面上均匀生成一系列的点；
步骤S303，从球心向球面上的点发射射线，所述射线与凸多面体模型的三角面会产生多个交点，记录作为多个三角面的共同顶点的交点以及对应的三角面；
步骤S304，取与球心最远的三角面，记录下三角面顶点组及相关纹理属性；
步骤S305，根据所有三角面顶点组及相关纹理属性获得每个凸多面模型的外壳模型A。
3.根据权利要求1所述的基于射线追踪的BIM模型脱壳方法，其特征在于，所述步骤S10，将BIM模型切割为多个凸多面体模型，并对新产生的剖切面进行填充之前还包括：
步骤S00，在获取到BIM模型时，判断BIM模型是否为凸多面体模型，若是，则执行所述步骤S20；若不是，则执行所述步骤S10。
4.根据权利要求2所述的基于射线追踪的BIM模型脱壳方法，其特征在于，所述步骤S302中，点的数量是凸多面体模型三角面的1至10倍。
5.根据权利要求4所述的基于射线追踪的BIM模型脱壳方法，其特征在于，所述步骤S302中，点的数量是凸多面体模型三角面的两倍。
6.一种基于射线追踪的BIM模型脱壳系统，其特征在于，所述系统包括存储器、处理器以及存储在所述处理器上的基于射线追踪的BIM模型脱壳程序，所述基于射线追踪的BIM模型脱壳程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任意一项所述的方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有基于射线追踪的BIM模型脱壳程序，所述基于射线追踪的BIM模型脱壳程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任意一项所述的方法的步骤。
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