一种可伸缩的BIM模型轻量化方案制造技术

本发明专利技术公开了一种可伸缩的BIM模型轻量化方案，具体包括模型的轻量化和自适应渲染；其中模型轻量化具体包括用户根据需要展示的视觉化效果将BIM模型数据分为N个层次，并确定每个层次所包含的内容和精度要求；系统根据上述参数采用从高到低逐层压缩的方式生成每个层次L

【技术实现步骤摘要】
一种可伸缩的BIM模型轻量化方案


[0001]本专利技术涉及计算机图形学、计算机辅助领域，具体涉及一种可伸缩的BIM模型轻量化方案。

技术介绍

[0002]BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的简称，它通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，比如几何造型、水暖管道、机电运维等，是近年来一项引领建筑数字技术走向更高层次的新技术。除了在场地分析、建筑策划、管道设计等应用之外，BIM的一个核心应用就是三维可视化，在建筑三维模型的虚拟场景中展示各种数据，使得用户可以在随意变化的交互控制下感受到场景的动态特性，也就是BIM三维可视化系统要求随着用户的活动即时生成相应的图形画面。
[0003]影响BIM三维可视化效果的因素主要有四个：一是模型数据的加载时间。目前主流的BIM三维可视化系统尤其是基于WEB的BIM三维可视化系统通常采用客户端/浏览器从服务器端下载模型数据再加载运行的方式，所以若本地没有预选缓存或者缓存失效，则模型的加载时间还包括模型的下载时间。一个大型建筑的BIM模型的大小可能会有数百兆字节，从下载到加载完成的时间需要以分钟计算，非常影响用户的体验。二是模型渲染的精细程度，渲染出的场景细节越多、越贴近现实，越能提高用户的沉浸程度。三是模型渲染的动态特性，自然的动态特性要求每秒生成和显示30帧图形画面，至少不能少于10帧，否则将会产生严重的不连续和跳动感。四是交互延迟，系统的图形生成对用户的交互动作做出反应的延迟时间不应大于0.1秒，最多不能大于1/4秒。以上四种因素中，前面两种依靠BIM模型的大小和数据精细程度，后面两种指标均依靠于客户端生成图形的速度。这四个因素不是独立的。模型的精细度越高，渲染出的场景还原度就越高，但是模型的体积会增大，会导致更多的加载时间，另一方面也会增加图形渲染的压力，可能会降低渲染的帧率，增大交互延迟。对BIM三维可视化系统来说，能控制的只有模型数据的大小，这通过BIM模型轻量化技术来实现。
[0004]BIM模型中包含了建筑几何模型网格数据、建筑属性数据和其他业务或者专业上的属性数据。几何模型网格数据，即3D模型Mesh数据，是构成3D模型的主要数据，建筑属性数据则包括模型构件的名称、编码、类型、形状、材质、构件之间的拓扑关系等数据。现有的轻量化技术主要有以下几种方法：一是数模分离，即将BIM模型中的3D模型Mesh数据和属性数据分开，Mesh数据是基础数据，客户端必须下载和加载，属性数据则是可选的，客户端按需下载和加载属性数据中的各种构件；二是使用相似性算法提取相同的的构件，减少不同构件数量；三是使用多重LOD（Levels of Detail），多重LOD用不同级别的几何体来表示物体，距离越远加载的模型越粗糙，距离越近加载的模型越精细，从而在不影响视觉效果的前提下提高显示效率并降低存储；四是降低Mesh数据的精细度，降低数据的精度。
[0005]现有BIM轻量化方案或者关注于如何压缩BIM模型的大小，从而降低存储的空间和传输需要的带宽，或者关注于利用LOD技术，使用不同精度的构件模型提高终端渲染的效
率，他们都没有考虑到不同终端的性能因素，对所有终端提供的都是相同的轻量化的模型。对于性能较弱的终端来说，这个模型可能还是太大了，渲染起来比较吃力，而对于性能较强的终端来说，这个模型可能有点粗糙了，它们可能会需要能展示更多细节的模型，以提高三维可视化的质量。针对这个问题，本方案提出了一种可伸缩的BIM模型轻量化方法，该方法将原始的BIM模型轻量化成分为一个基础集L0和一个或者多个增强集L1、L2......基础集L0中含有该模型最精简的数据，可以非常高效的渲染出场景，但是质量不高，增强集是对低层次数据集的补充，可以和低层次数据集一起渲染出更高质量的场景，比如增强集L1是对基础集L0的补充，L1+L0可以渲染出高质量的场景；L2是对L1+L0的补充，L2+L1+L0可以渲染出更高质量的场景。在终端应用时，终端首先加载并使用L0，以降低加载时间，然后场景渲染的性能，动态加载L1及其以上各个增强数据集。

技术实现思路

[0006]1.所要解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种可伸缩的BIM模型轻量化方案，在应用该方案之前，对用户输入的参数进行分层后对每层的构件、网格数据、细节进行设置。细节的大小可以采用相邻顶点之间的距离来计算，也可以结合最小的面的面积或者允许的最薄区域的高度等来计算，在本方案中，直接采用相邻定点之间的距离来计算。然后该方案将给定的BIM模型中几何网格数据和建筑属性数据分开，分别进行轻量化。
[0007]2.技术方案：一种可伸缩的BIM模型轻量化方案，其特征在于：包括几何网格数据轻量化和模型的自适应渲染，其中几何网格数据轻量化具体包括步骤一至步骤四：步骤一：用户根据需要展示的视觉化效果将BIM模型数据分为N个层次，每个层次的对应的模型数据分别表示为L0、L1、......、L
N-1
，其中N为大于等于1的整数；其中L0对应的层次为能够直接显示三维视觉效果的基础层；L1、......、L
N-1
对应的层次为能够与L0结合显示三维视觉效果的增强层。
[0008]步骤二：用户确定每个层次展示的三维视觉空间对应的建筑空间区域及其几何网格数据、确定每个层次中需要展示的建筑属性数据、确定每个层次对应的顶点压缩率；所述顶点压缩率为该层次中删除的顶点数量与原始顶点数量的比值；所述几何网格数据，为3D模型Mesh数据；所述建筑属性数据为模型构件的名称、编码、类型、形状、材质、构件之间的拓扑关系数据；所述构件为建筑物包含的建筑设施与设备设施，具体为梁、柱、墙、管线、家具、机电设备；不同的层次能够包含相同空间区域中的不同构件的数据；不同的层次能够包含相同空间区域相同构件的不同属性的数据；不同的层次能够包含相同空间区域相同构件的不同精细程度的几何网格数据，且层次越高，能够展示的精细程度越高；高层次的数据依赖于低层次的数据，是低层次数据的增强数据。
[0009]步骤三：生成每个层次的目标数据集T
i
；所述目标数据集T
i
是L
i
所在的层次及比该层次低的各层数据合并之后的数据集；本生成过程采用从高到低逐层压缩的方式生成T
i
，具体包括步骤S31至S36。
[0010]S31：L
N
为原始的BIM模型数据，i的初始值为N-1。
[0011]S32：将L
i
初始化为L
i+1
。
[0012]S33：根据步骤二中设定的L
i
层需要覆盖的空间区域，从L
i
剔除步骤二中设定的空间区域之外的数据。
[0013]S34：根据步骤二中设定的L
i
层的构件，从L
i
中删除不在步骤二中设定的构件中的构件相关数据。
[0014]S35：根据步骤二中设定的L
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可伸缩的BIM模型轻量化方案，其特征在于：包括几何网格数据轻量化和模型的自适应渲染，其中几何网格数据轻量化具体包括步骤一至步骤四：步骤一：用户根据需要展示的视觉化效果将BIM模型数据分为N个层次，每个层次的对应的模型数据分别表示为L0、L1、......、L
N-1
，其中N为大于等于1的整数；其中L0对应的层次为能够直接显示三维视觉效果的基础层；L1、......、L
N-1
对应的层次为能够与L0结合显示三维视觉效果的增强层；步骤二：用户确定每个层次展示的三维视觉空间对应的建筑空间区域及其几何网格数据、确定每个层次中需要展示的建筑属性数据、确定每个层次对应的顶点压缩率；所述顶点压缩率为该层次中删除的顶点数量与原始顶点数量的比值；所述几何网格数据，为3D模型Mesh数据；所述建筑属性数据为模型构件的名称、编码、类型、形状、材质、构件之间的拓扑关系数据；所述构件为建筑物包含的建筑设施与设备设施，具体为梁、柱、墙、管线、家具、机电设备；不同的层次能够包含相同空间区域中的不同构件的数据；不同的层次能够包含相同空间区域相同构件的不同属性的数据；不同的层次能够包含相同空间区域相同构件的不同精细程度的几何网格数据，且层次越高，能够展示的精细程度越高；高层次的数据依赖于低层次的数据，是低层次数据的增强数据；步骤三：生成每个层次的目标数据集T
i
；所述目标数据集T
i
是L
i
所在的层次及比该层次低的各层数据合并之后的数据集；本生成过程采用从高到低逐层压缩的方式生成T
i
，具体包括步骤S31至S36；S31：T
N
为原始的BIM模型数据，i的初始值为N-1；S32：将T
i
初始化为L
i+1
；S33：根据步骤二中设定的L
i
层需要覆盖的空间区域，从L
i
剔除步骤二中设定的空间区域之外的数据；S34：根据步骤二中设定的L
i
层的构件，从T
i
中删除不在步骤二中设定的构件中的构件相关数据；S35：根据步骤二中设定的L
i
层的构件属性，从T
i
中删除不在步骤二中设定的构件属性中的构件属性数据；S36：根据步骤二中设定的L
i
层的顶点压缩率，在保证几何形状的前提，压缩T
i
中每个构件以及建筑的几何网格数据得到目标数据集T
i
，具体包括步骤S361至S364：S361：记需要压缩的几何网格数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱斌，凌志阳，
申请(专利权)人：南京亚派软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：