BIM+GIS服務集成可視化框架設計與開發

李爽 劉葦 章嘯程 宋百川

上海勘測設計研究院有限公司 上海 200335

1 引言

三維可視化平臺[1]是利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據、圖紙轉換成三維圖形，通過顯示終端進行可視化描述，是可視化應用開發中最為基礎也最為重要的部分[2]。現有GIS與BIM服務采用的三維可視化技術較多[3]，包括但不限于Bentley廠商的iModel平臺[4]、北京華創的三維可視化平臺、開建BIMBOX，Cesium[5]等。隨著可視化技術廠商的增多，以及落地項目數量的逐漸積累，導致使用的引擎也越來越多，引擎眾多導致圖形操作接口繁雜，單套圖形操作接口只能在對應引擎技術下使用，其他引擎下服務無法使用該圖形操作接口進行可視化功能開發，極大的提高了開發成本與開發難度。

因此，有必要開展BIM+GIS可視化開發框架的集成研究，建設一套支持多種引擎并支持無限擴展的圖形操作接口，最大限度的實現各類服務在可視化圖形操作接口層面的技術統一，并以底層接口的方式為后續項目提供BIM和GIS服務接口支撐技術與工具。

2 研究內容

2.1 數據標準制定

為了保證模型三維在BIM引擎讀取時接口統一，首先需要將模型的幾何、材質信息進行標準化。

2.1.1 可視化信息標準化

對于模型幾何信息，需要將原始的dgn、rvt模型中的幾何數據轉化為由三角面片組成的Mesh，每一個構件轉化為一個獨立的Mesh體，每個Mesh由若干個Primitive（圖元）組成，其中Primitive保存了二進制的三角面的頂點數據和索引信息。

對于材質信息，將整個模型中的所有不同材質保存在材質集中，并對每種材質創建Material Id，與構件的Element Id創建關聯。材質屬性暫時劃分為不透明材質：包括顏色、貼圖、反光度等屬性；半透明材質：包括顏色、透明度等屬性。

圖1 BIM內部幾何信息結構

2.1.2 數據標準化

設定一套數據標準，現階段簡單設定模型的ID、空間、系統、分類幾個信息的所在字段，并用標準屬性來輸出

為了方便對模型數據進行檢索，并提高模型加載速度，我們需要對模型屬性數據進行標準化獨立存儲，每個模型的屬性數據通過構件的Element ID與三維模型進行關聯。現階段定義模型的屬性表結構如下：

2.1.3 其他三維格式支持

支持通用的標準三維格式例如obj、3ds、gltf等。這些三維格式都是國際化通用標準，因此可以通過研究對應的格式說明文檔，編寫模型解析加載器，以擴展插件的形式嵌入BIM引擎中。

2.2 可視化標準框架開發

現有多引擎并行的方式能夠擷取各引擎的優點，在合適的場景中使用合適的引擎加載數據和服務，然而對于開發人員來說會增加引擎接入的工作量，寫不同引擎采用的依賴版本也可能對前端調用產生影響，因此研究設計一套可視化標準框架，將不同引擎的調用方法封裝為同一套開發接口，既能屏蔽不同引擎帶來的依賴庫混亂問題，也能統一上層應用開發過程，減少開發人員對不同引擎架構的學習過程。

圖形引擎的封裝可以分為兩個部分，前端方法的封裝和數據接口的封裝。

2.2.1 前端方法封裝

前端方法分為二三維前端操作和前端集成組件：

二/三維前端操作

這部分前端操作將被封裝為標準方法（其中一部分既適用于二維和三維，一部分僅在三維中有效），這些方法可以采用方法函數調用，也提供相應的觸發的按鈕圖標前端。

（1）前端集成組件

表3 前端集成組件列表

（2）GIS相關組件

表4 GIS相關前端組件列表

2.2.2 數據接口封裝

表5 數據接口列表

2.2.3 三維操作接口

依據接口調用標準，以下是三維視圖操作的接口。

表6 常用三維操作列表

表7 常用三維工具列表

表8 高級三維工具列表

3 結語

通過建設本框架，可將多種GIS服務、BIM服務可視化引擎技術與內部搭建的BIM+GIS數據集成管理平臺結合，實現了從數據上傳->數據管理->服務發布->服務管理->服務可視化->圖形可視化操作功能開發->場景搭建的全過程統一納管，為后續項目在三維可視化服務層面的系統研發、服務管理等方面提供了平臺支持與接口支持，減少了開發人員對不同引擎架構的學習過程，提高了工作效率并降低了項目成本。