一种数字孪生BIM模型转换与轻量化方法及装置与流程

一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法及装置
技术领域
1.本发明涉及bim领域，具体而言，涉及一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法及装置。


背景技术：

2.bim技术已逐渐成为工程设计、建设、管理和维护的新途径和办法，目前已率先在建筑工程设计领域开始了全面应用。除了设计部门，围绕设计成果的后续相关建设和运维管理，也已开始大力推广bim技术的相关应用。然而，通过在设计领域的bim应用中可以发现，bim模型工程浩大、体量巨大，对后续应用系统的计算机性能提出了严峻挑战。如若要顺畅地进行bim设计及管理应用，需要采购高端的图形工作站，成本巨大，尤其是服务于网络端的应用，网络三维场景模型的实时渲染会出现卡顿、传输速度慢、体验交互性差等现象，迫切需要新的解决方案，在确保bim技术在设计、施工、运维等方面的应用优势的同时，通过减少模型的体量(包括减少点、面等数量)，对bim模型进行轻量化处理，以保证模型的轻量化程度。
3.目前，对bim模型的轻量化的方法比较多，大致就是删除相关顶点、对面片进行折叠、lod等，如果简化比更高则是将内层模型删除，只显示外层模型，这种简化方式存在的最大问题是无法查询内部构件信息。有的方法在此简化的基础上，对外围的面片进一步优化，将外围作为一个整体，模型体积进一步减少，但丢失了属性信息，不能实现bim信息化的价值。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法及装置。
5.本发明的实施例是这样实现的：
6.第一方面，本发明实施例提供一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法，包括：
7.将多个不同模型设计软件导出的文件转换为统一的自定义格式文件，其中，上述自定义格式文件中包括定义了三维模型信息、定义了三维模型属性、定义了三维模型的几何信息、定义了bim构件属性、定义了几何体gltf中引用的外部资源和定义了三维模型的结构树中的节点；
8.将统一的自定义的格式中三维模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，通过拓扑分析重建各个模型构建之间的坐标关系；
9.将三维模型拆分成关键数据,根据关键数据及三维模型的曲率值对三维模型进行缩减优化，得到优化三维模型，存储优化后的关键数据；
10.分析优化后的关键数据中材质和uv纹理关系，建立与自定义格式文件相对应的纹理数据模型，将优化三维模型的几何特征、空间拓扑、纹理数据写入瓦片格式文件。
11.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：
12.分析不同模型设计软件的部件属性存储结构，将部件属性数据写入到结构化关系数据库建立属性转换规则，构建统一的属性数据存储模型。
13.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：
14.基于lod技术将三维模型解析出不同的显示精度和显示细节。
15.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：
16.采用压缩算法压缩多个不同模型设计软件的数据。
17.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述压缩算法为draco谷歌3d压缩算法。
18.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，多个模型设计软件包括autodesk 3dmax、revit和达索catia模型设计软件。
19.基于第一方面，在本发明的一些实施例中，上述关键数据包括顶点、顶点索引、uv、法线和材质信息。
20.第二方面，本发明实施例提供一种数字孪生bim模型转换与轻量化装置，包括：
21.数据解析模块，用于将多个不同模型设计软件导出的文件转换为统一的自定义格式文件，其中，上述自定义格式文件中包括定义了三维模型信息、定义了三维模型属性、定义了三维模型的几何信息、定义了bim构件属性、定义了几何体gltf中引用的外部资源和定义了三维模型的结构树中的节点；
22.坐标转换模块，用于将统一的自定义的格式中三维模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，通过拓扑分析重建各个模型构建之间的坐标关系；
23.模型减面模块，用于将三维模型拆分成关键数据,根据关键数据及三维模型的曲率值对三维模型进行缩减优化，得到优化三维模型，存储优化后的关键数据；
24.模型纹理保存模块，用于分析优化后的关键数据中材质和uv纹理关系，建立与自定义格式文件相对应的纹理数据模型，将优化三维模型的几何特征、空间拓扑、纹理数据写入瓦片格式文件。
25.第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
26.至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；其中：
27.上述处理器与上述存储器通过上述数据总线完成相互间的通信；上述存储器存储有可被上述处理器执行的程序指令，上述处理器调用上述程序指令以执行上述的方法。
28.第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，上述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，上述计算机程序使计算机执行上述的方法。
29.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
30.本发明提供一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法，包括以下步骤：
31.将多个不同模型设计软件导出的文件转换为统一的自定义格式文件，其中，上述自定义格式文件中包括定义了三维模型信息、定义了三维模型属性、定义了三维模型的几何信息、定义了bim构件属性、定义了几何体gltf中引用的外部资源和定义了三维模型的结构树中的节点；
32.该步骤中，autodesk 3dmax、revit和达索catia模型设计软件导出文件格式比较多，这也为不同的数据格式转换和解析带来了困难。为此，在三大平台支持二次开发的基础上，通过导出自定义的格式不仅可以避免解析多种格式带来的麻烦，最重要的是可以把项
目需要的数据全部存储，为后续轻量化奠定基础。
33.将统一的自定义的格式中三维模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，通过拓扑分析重建各个模型构建之间的坐标关系；
34.该步骤中，autodesk 3dmax、revit和达索catia等常用商业bim模型设计软件在模型设计中带有不同的坐标系统定义，通过坐标系的平移、旋转和缩放可以实现把模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，同时通过拓扑分析，重建各个模型构建之间的坐标关系，确保轻量化后的模型不失真，位置正确。
35.将三维模型拆分成关键数据,根据关键数据及三维模型的曲率值对三维模型进行缩减优化，得到优化三维模型，存储优化后的关键数据；
36.该步骤中，将三维模型根据最小组成单元拆分成包括顶点、顶点索引、uv、法线和材质信息的关键数据并进行储存的方法，不需要三维模型人员进行处理就可以进行三维模型关键数据的提取，进一步对三维模型进行减面以及三维模型数据的存储操作，减轻了三维模型人员的工作量，减面的优化去除了模型的冗余信息；因为bim模型体积往往太大，实际使用中需要协同运维，非常不方便，本发明将原本体积庞大的模型缩小到原来的十五分之一左右，在bim领域应用，轻量化后的模型可以广泛的应用到web端和手机客户端，提高了生产效率；通过关键数据进行三维模型重构的方法，将三维模型关键数据通过三维模型结构重新生成模型，同时在三维模型重构方法中加入了lod的技术，根据程序设定的不同范围生成不同细节层次(lod)的模型，满足在不同情况下对三维模型既可以实时的浏览模型又可以减轻系统渲染的压力，使系统操作更流畅。
37.分析优化后的关键数据中材质和uv纹理关系，建立与自定义格式文件相对应的纹理数据模型，将优化三维模型的几何特征、空间拓扑、纹理数据写入瓦片格式文件。便于使用者通过web端和手机客户端进行查看。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
39.图1为本发明一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法一实施例的流程图；
40.图2为本发明一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法一实施例的流程图；
41.图3为本发明一种数字孪生bim模型转换与轻量化装置一实施例的结构框图；
42.图4为本发明一种电子设备一实施例的结构框图。
43.图标：1、数据解析模块；2、坐标转换模块；3、模型减面模块；4、模型纹理保存模块；5、处理器；6、存储器；7、数据总线。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
45.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
47.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，也可以通过其它的方式实现。系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本技术的多个实施例的系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
48.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
49.功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备，可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等，执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，randomaccess memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
50.实施例
51.请参照图1
‑
2，本发明实施例提供一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法及装置，其包括
52.第一方面，本发明实施例提供一种数字孪生bim模型转换与轻量化方法，包括：
53.s1：将多个不同模型设计软件导出的文件转换为统一的自定义格式文件，其中，上述自定义格式文件中包括定义了三维模型信息、定义了三维模型属性、定义了三维模型的几何信息、定义了bim构件属性、定义了几何体gltf中引用的外部资源和定义了三维模型的结构树中的节点；
54.考虑搭配autodesk 3dmax、revit和达索catia模型设计软件导出文件格式比较多，这也为不同的数据格式转换和解析带来了困难。为此，在三大平台支持二次开发的基础上，通过导出自定义的格式不仅可以避免解析多种格式带来的麻烦，最重要的是可以把项目需要的数据全部存储，为后续轻量化奠定基础。
55.具体的，定义三维模型信息的具体信息请参考表1，定义三维模型属性的具体信息
请参考表2，定义三维模型的几何信息的具体信息请参考表3，定义bim构件属性的具体信息请参考表4，定义几何体gltf中引用的外部资源的具体信息请参考表5，定义三维模型的结构树中的节点的具体信息请参考表6。
56.表1，定义三维模型信息表
[0057][0058]
表2，定义三维模型属性表
[0059][0060]
表3，定义三维模型的几何信息表
[0061]
[0062][0063]
表4，定义bim构件属性表
[0064]
[0065][0066]
表5，定义几何体gltf中引用的外部资源表
[0067][0068]
表6，定义三维模型的结构树中的节点(node)表
[0069][0070][0071]
s2：将统一的自定义的格式中三维模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，通过拓扑分析重建各个模型构建之间的坐标关系；
[0072]
autodesk 3dmax、revit和达索catia模型设计软件在模型设计中带有不同的坐标
系统定义，通过坐标系的平移、旋转和缩放可以实现把模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，同时通过拓扑分析，重建各个模型构建之间的坐标关系，确保轻量化后的模型不失真，位置正确。
[0073]
s3：将三维模型拆分成关键数据,根据关键数据及三维模型的曲率值对三维模型进行缩减优化，得到优化三维模型，存储优化后的关键数据；
[0074]
上述关键数据包括顶点、顶点索引、uv、法线和材质信息。将三维模型根据最小组成单元拆分成包括顶点、顶点索引、uv、法线和材质信息的关键数据并进行储存的方法，不需要三维模型人员进行处理就可以进行三维模型关键数据的提取，进一步对三维模型进行减面以及三维模型数据的存储操作，减轻了三维模型人员的工作量，减面的优化去除了模型的冗余信息；因为bim模型体积往往太大，实际使用中需要协同运维，非常不方便，本发明将原本体积庞大的模型缩小到原来的十五分之一左右，在bim领域应用，轻量化后的模型可以广泛的应用到web端和手机客户端，提高了生产效率；通过关键数据进行三维模型重构的方法，将三维模型关键数据通过三维模型结构重新生成模型，同时在三维模型重构方法中加入了lod的技术，根据程序设定的不同范围生成不同细节层次(lod)的模型，满足在不同情况下对三维模型既可以实时的浏览模型又可以减轻系统渲染的压力，使系统操作更流畅。
[0075]
s4：分析优化后的关键数据中材质和uv纹理关系，建立与自定义格式文件相对应的纹理数据模型，将优化三维模型的几何特征、空间拓扑、纹理数据写入瓦片格式文件。
[0076]
便于使用者通过web端和手机客户端进行查看。
[0077]
请参照图2，基于第一方面，在本发明的一些实施例中，还包括：
[0078]
s5：分析不同模型设计软件的部件属性存储结构，将部件属性数据写入到结构化关系数据库建立属性转换规则，构建统一的属性数据存储模型。
[0079]
三维模型部件的属性信息是重要的数据，通过分析三维软件的部件属性存储结构，建立属性转换规则，构建统一的属性数据存储模型，设计将部件的属性数据写入到结构化关系数据库，以满足轻量化工具对模型属性输出的要求。
[0080]
s6：基于lod技术将三维模型解析出不同的显示精度和显示细节。
[0081]
细节层次(level of details,lod)技术是将几何模型解析出不同的显示精度和显示细节。这样就可以让gis等三维展示平台根据物体与视点的距离来选择显示不同细节层次的模型，从而加快系统图形处理和渲染的速度。明确三维软件的模型转换条件及场景采用lod技术对抽取的数据进行重采样，满足大数据场景下的渲染要求。
[0082]
s7：采用压缩算法压缩多个不同模型设计软件的数据。
[0083]
进一步的，上述压缩算法为draco谷歌3d压缩算法。大型场景模型数据量基本都在gb级左右，从而迫切需要一种压缩算法来压缩复杂3d模型上的数据，使其在浏览器中更快下载和更易显示，而且利用更少带宽，这对webgl意义重大。它显著缩小3d图形文件大小的同时，对观看者来说又根本不严重影响视觉效果。采用draco谷歌3d压缩算法即可实现，该算法旨在大幅加速3d数据的编码、传输和解码。该算法可以用来压缩mesh和点云数据。它还支持压缩点(compressing points)，连接信息，纹理协调，颜色信息，法线(normals)以及其他与几何相关的通用属性。
[0084]
请参照图3，第二方面，本发明实施例提供一种数字孪生bim模型转换与轻量化装
置，包括：
[0085]
数据解析模块1，用于将多个不同模型设计软件导出的文件转换为统一的自定义格式文件，其中，上述自定义格式文件中包括定义了三维模型信息、定义了三维模型属性、定义了三维模型的几何信息、定义了bim构件属性、定义了几何体gltf中引用的外部资源和定义了三维模型的结构树中的节点；
[0086]
坐标转换模块2，用于将统一的自定义的格式中三维模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，通过拓扑分析重建各个模型构建之间的坐标关系；
[0087]
模型减面模块3，用于将三维模型拆分成关键数据,根据关键数据及三维模型的曲率值对三维模型进行缩减优化，得到优化三维模型，存储优化后的关键数据；
[0088]
模型纹理保存模块4，用于分析优化后的关键数据中材质和uv纹理关系，建立与自定义格式文件相对应的纹理数据模型，将优化三维模型的几何特征、空间拓扑、纹理数据写入瓦片格式文件。
[0089]
该装置实施例的具体实施方式请参考上述方法实施例，在此不作过多阐述。
[0090]
请参照图4，第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
[0091]
至少一个处理器5、至少一个存储器6和数据总线7；其中：
[0092]
上述处理器5与上述存储器6通过上述数据总线7完成相互间的通信；上述存储器6存储有可被上述处理器5执行的程序指令，上述处理器5调用上述程序指令以执行上述的方法。例如执:s1：将多个不同模型设计软件导出的文件转换为统一的自定义格式文件，其中，上述自定义格式文件中包括定义了三维模型信息、定义了三维模型属性、定义了三维模型的几何信息、定义了bim构件属性、定义了几何体gltf中引用的外部资源和定义了三维模型的结构树中的节点；s2：将统一的自定义的格式中三维模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，通过拓扑分析重建各个模型构建之间的坐标关系；s3：将三维模型拆分成关键数据,根据关键数据及三维模型的曲率值对三维模型进行缩减优化，得到优化三维模型，存储优化后的关键数据；s4：分析优化后的关键数据中材质和uv纹理关系，建立与自定义格式文件相对应的纹理数据模型，将优化三维模型的几何特征、空间拓扑、纹理数据写入瓦片格式文件。
[0093]
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，上述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，上述计算机程序使计算机执行上述的方法。例如执:s1：将多个不同模型设计软件导出的文件转换为统一的自定义格式文件，其中，上述自定义格式文件中包括定义了三维模型信息、定义了三维模型属性、定义了三维模型的几何信息、定义了bim构件属性、定义了几何体gltf中引用的外部资源和定义了三维模型的结构树中的节点；s2：将统一的自定义的格式中三维模型自带的坐标系统转换为web引擎所支持的三维坐标系统，通过拓扑分析重建各个模型构建之间的坐标关系；s3：将三维模型拆分成关键数据,根据关键数据及三维模型的曲率值对三维模型进行缩减优化，得到优化三维模型，存储优化后的关键数据；s4：分析优化后的关键数据中材质和uv纹理关系，建立与自定义格式文件相对应的纹理数据模型，将优化三维模型的几何特征、空间拓扑、纹理数据写入瓦片格式文件。
[0094]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
[0095]
对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。