本發(fā)明涉及BIM數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種輕量化的BIM大數(shù)據(jù)在線可視化方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著智能建筑的發(fā)展，BIM(Building Information Modeling)技術(shù)已成為當(dāng)今AEC(Architecture,Engineering and Construction)行業(yè)的核心技術(shù)，致力于建筑整個生命周期內(nèi)的信息共享和交換。對BIM建筑的高效分析，特別是支持移動網(wǎng)絡(luò)的在線可視分析，已逐漸被建筑生命周期中相關(guān)的更多產(chǎn)業(yè)所關(guān)注和依賴。然而，也正是由于BIM建筑涉及的信息范圍廣泛，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專業(yè)性強等，使得與傳統(tǒng)的建筑數(shù)據(jù)相比，BIM數(shù)據(jù)又有著量大、復(fù)雜、難以組織和管理等特點，處理BIM大數(shù)據(jù)所需的系統(tǒng)資源也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)今移動設(shè)備的系統(tǒng)負(fù)載。因此，如何通過系統(tǒng)資源有限的移動設(shè)備，使用戶以快速方便、在線可視的方式對BIM大數(shù)據(jù)進行有效的分析已成為當(dāng)前該領(lǐng)域中亟待解決的難題。

目前主流的BIM建筑生成、編輯或分析方法或軟件均為基于單機的計算應(yīng)用程序，如Autodesk的Revit系列等。在線可視化方面雖然也逐漸出現(xiàn)了部分如BIM Surfur、BIMviews等，但這些應(yīng)用均存在實時性差、資源損耗高及穩(wěn)定性低等問題，究其原因主要還是BIM數(shù)據(jù)本身，與傳統(tǒng)的3D模型數(shù)據(jù)不同，對BIM數(shù)據(jù)進行在線可視化主要存在著如下挑戰(zhàn)：

(1)專業(yè)性強，邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜。和實際的建筑類似，BIM數(shù)據(jù)通常由較多的“墻”、“門”等構(gòu)件“組裝”形成，不僅空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專業(yè)性強，數(shù)據(jù)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)龐大。如在IFC格式的BIM數(shù)據(jù)中采用了近1000個取定義的實體類和類型來對應(yīng)性地描述這些構(gòu)件。而且從每個構(gòu)件到其對應(yīng)的幾何數(shù)據(jù)又通過相應(yīng)高度的樹型結(jié)構(gòu)組織，邏輯結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜。

(2)幾何冗余度高。BIM數(shù)據(jù)中，不僅存在相當(dāng)多的同類型構(gòu)件(如“門” 構(gòu)件)，更存在大量的重復(fù)性構(gòu)件和參數(shù)化表達構(gòu)件。從BIM數(shù)據(jù)解析形成的幾何數(shù)據(jù)中，幾何冗余度非常之高。

(3)數(shù)據(jù)訪問速度慢。BIM數(shù)據(jù)雖然數(shù)量龐大，但更側(cè)重于建筑工程的各方面需求，并未考慮面向在線展示的數(shù)據(jù)高效組織或管理，缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)索引，使得在可視化應(yīng)用中無法快速定位或訪問需要的數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種自動化、輕量化、細(xì)粒度化的BIM大數(shù)據(jù)在線可視化方法和系統(tǒng)

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種輕量化的BIM大數(shù)據(jù)在線可視化方法，包括以下步驟：

對BIM場景構(gòu)件集進行基于語義引導(dǎo)的輕量級解析，獲得輕量級構(gòu)件庫；

對BIM建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行自動化分割，生成多個相對獨立的空間，并生成所述多個相對獨立的空間之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖；

根據(jù)所述關(guān)系結(jié)構(gòu)圖及各空間中的構(gòu)件集建立多粒度分解的多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)；

根據(jù)所述多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)調(diào)用所述輕量級構(gòu)件庫實現(xiàn)BIM建筑的漸進式可視化，且在可視化過程中，以空間為單位對當(dāng)前空間的下一個空間數(shù)據(jù)進行緩存并刪除上一個空間數(shù)據(jù)。

所述對BIM場景構(gòu)件集進行基于語義引導(dǎo)的輕量級解析具體為：

對BIM場景構(gòu)件集中的各構(gòu)件分解為多個單元，并進行單元去重；

對任意兩個構(gòu)件的分解去重結(jié)果進行語義配準(zhǔn)分析，保存相應(yīng)的變換矩陣；

根據(jù)所述語義配準(zhǔn)分析的結(jié)果驗證兩個構(gòu)件的相似性；

在兩個構(gòu)件相似時，刪除其中一個構(gòu)件，以相應(yīng)的變換矩陣替代刪除的構(gòu)件。

通過語義分析與幾何計算相結(jié)合的方式對BIM建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行自動化分割。

所述多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)通過稀疏體素化的方式生成。

所述實現(xiàn)BIM建筑可視化具體為：

在每個所述空間的出入口設(shè)置一緩沖區(qū)；

當(dāng)化身接近某一出入口的緩沖區(qū)時，加載通過該出入口與當(dāng)前空間相連接的下 一個空間數(shù)據(jù)；

當(dāng)化身離開所述緩沖區(qū)進入新空間時，將所述新空間定義為當(dāng)前空間，同時刪除上一個空間數(shù)據(jù)。

一種輕量化的BIM大數(shù)據(jù)在線可視化系統(tǒng)，包括：

輕量解析模塊，用于對BIM場景構(gòu)件集進行基于語義引導(dǎo)的輕量級解析，獲得輕量級構(gòu)件庫；

自動化分割模塊，用于對BIM建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行自動化分割，生成多個相對獨立的空間，并生成所述多個相對獨立的空間之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖；

索引結(jié)構(gòu)構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述關(guān)系結(jié)構(gòu)圖及各空間中的構(gòu)件集建立多粒度分解的多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)；

可視化模塊，用于根據(jù)所述多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)調(diào)用所述輕量級構(gòu)件庫實現(xiàn)BIM建筑的漸進式可視化，且在可視化過程中，以空間為單位對當(dāng)前空間的下一個空間數(shù)據(jù)進行緩存并刪除上一個空間數(shù)據(jù)。

所述輕量解析模塊包括：

分解去重單元，用于對BIM場景構(gòu)件集中的各構(gòu)件分解為多個單元，并進行單元去重；

語義配準(zhǔn)單元，用于對任意兩個構(gòu)件的分解去重結(jié)果進行語義配準(zhǔn)分析，保存相應(yīng)的變換矩陣；

相似性驗證單元，用于根據(jù)所述語義配準(zhǔn)分析的結(jié)果驗證兩個構(gòu)件的相似性；

構(gòu)件刪除單元，用于在兩個構(gòu)件相似時，刪除其中一個構(gòu)件，以相應(yīng)的變換矩陣替代刪除的構(gòu)件。

所述自動化分割模塊中，通過語義分析與幾何計算相結(jié)合的方式對BIM建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行自動化分割。

所述索引結(jié)構(gòu)構(gòu)建模塊中，所述多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)通過稀疏體素化的方式生成。

所述可視化模塊包括：

緩沖區(qū)設(shè)置單元，用于在每個所述空間的出入口設(shè)置一緩沖區(qū)；

緩沖數(shù)據(jù)加載單元，用于當(dāng)化身接近某一出入口的緩沖區(qū)時，加載通過該出入口與當(dāng)前空間相連接的下一個空間數(shù)據(jù)；

緩沖數(shù)據(jù)刪除單元，用于當(dāng)化身離開所述緩沖區(qū)進入新空間時，將所述新空間 定義為當(dāng)前空間，同時刪除上一個空間數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明將幾何輕量化集成到BIM數(shù)據(jù)的解析過程中，從而建立輕量級構(gòu)件庫，在滿足幾何數(shù)據(jù)在線可視化的同時大幅度降低了解析后的數(shù)據(jù)量；

(2)本發(fā)明將可視剔除與BIM建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相結(jié)合，提出BIM建筑的自動空間分割算法，在方便可視剔除的同時，也構(gòu)建了建筑空間數(shù)據(jù)索引，通過該索引，在進行在線漫游時，可通過逐層過濾并查找來快速定位用戶所要查詢的粒度數(shù)據(jù)，能夠十分流暢地渲染大規(guī)模的BIM場景數(shù)據(jù)，能夠通過漸進式加載、渲染等方式大幅度降低系統(tǒng)資源的消耗；

(3)本發(fā)明將BIM內(nèi)部空間自動分割為多個獨立空間，方便以空間為單位進行可視剔除，減少了服務(wù)器端實時傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)；

(4)本發(fā)明通過BIM數(shù)據(jù)的語義信息來加速BIM數(shù)據(jù)的輕量化處理，并對輕量化結(jié)果實現(xiàn)相應(yīng)的基于視點驅(qū)動的漸進式管理，盡量保持在系統(tǒng)中只存儲足夠少的空間數(shù)據(jù)，不僅提高了系統(tǒng)資源的利用率，也不影響用戶的體驗質(zhì)量；

(5)本發(fā)明是一完全自動化的過程，不需要用戶對BIM數(shù)據(jù)進行前期的人工分析或借助第三方程序進行預(yù)處理等，通過針對性解析、分割等方式將BIM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ姷?D模型數(shù)據(jù)，避免了用戶去了解BIM建筑的專業(yè)知識以及BIM數(shù)據(jù)的復(fù)雜邏輯結(jié)構(gòu)，使用方便可靠；

(6)本發(fā)明生成的建筑模型從底層構(gòu)件庫到整個數(shù)據(jù)的層次化索引都是輕量化的，這是為了保證模型可視化過程的存儲、傳輸和渲染的高效性；

(7)本發(fā)明前端的數(shù)據(jù)管理均從可視性出發(fā)，保證了可見即可得的用戶體驗效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明基于語義引導(dǎo)的輕量級解析過程示意圖；

圖3為本發(fā)明建筑內(nèi)部空間分割過程示意圖，其中，圖(a)為原始BIM建筑室內(nèi)布局示意圖，圖(b)為與圖(a)相對應(yīng)的內(nèi)部空間分割結(jié)果示意圖；

圖4為與圖3(a)中的路徑對應(yīng)的空間加載情況示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

本實施例提供一種輕量化的BIM大數(shù)據(jù)在線可視化方法，其基本思想是：利用BIM數(shù)據(jù)的語義信息和幾何計算相結(jié)合，通過擴展的ICP方法快速進行BIM數(shù)據(jù)構(gòu)件的輕量化預(yù)處理，去除數(shù)據(jù)的冗余信息，形成輕量級底層構(gòu)件庫；同時，將動態(tài)/漸進式可視剔除與BIM建筑的空間結(jié)構(gòu)相結(jié)合，提出以“建筑空間”為單位的漸進式傳輸及剔除方法，能夠自動化進行BIM建筑的“建筑空間”分割，并生成相應(yīng)的空間關(guān)系來實現(xiàn)空間適時切換；最后，以場景、建筑、空間、構(gòu)件等為基本對整個建筑數(shù)據(jù)建立多粒度層次性索引，提高數(shù)據(jù)訪問速度。

如圖1所示，本實施例的BIM大數(shù)據(jù)在線可視化方法具體如下：

在步驟s101中，對BIM場景構(gòu)件集進行基于語義引導(dǎo)的輕量級解析，獲得輕量級構(gòu)件庫；

在步驟s102中，對BIM建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行自動化分割，生成多個相對獨立的空間，并生成所述多個相對獨立的空間之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖；

在步驟s103中，根據(jù)所述關(guān)系結(jié)構(gòu)圖及各空間中的構(gòu)件集建立多粒度分解的多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)；

在步驟s104中，根據(jù)所述多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)調(diào)用所述輕量級構(gòu)件庫實現(xiàn)BIM建筑的漸進式可視化，且在可視化過程中，以空間為單位對當(dāng)前空間的下一個空間數(shù)據(jù)進行緩存并刪除上一個空間數(shù)據(jù)。

1)基于語義引導(dǎo)的輕量級解析。與傳統(tǒng)的3D模型不同，BIM數(shù)據(jù)在進行BIM模型的可視化之前，通常要使用現(xiàn)有的工具預(yù)先進行語義解析形成幾何數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)的解析程序只包含了BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的解析邏輯，解析后的幾何數(shù)據(jù)冗余較多。本發(fā)明針對這個局限，提出了基于語義引導(dǎo)的輕量級解析方法。該方法一方面通過語義分析來確定可能存在的冗余數(shù)據(jù)，縮小輕量化處理的數(shù)據(jù)范圍；另一方面通過對ICP算法進行擴充，在通過ICP方法對構(gòu)件進行對齊，并保存相應(yīng)的變換矩陣，再使用面積加權(quán)的Horsdorff距離來驗證兩個構(gòu)件的相似性。當(dāng)兩個構(gòu)件相似時，則刪除其中的一個構(gòu)件實例，用相應(yīng)的變換矩陣來代替，降低數(shù)據(jù)量。

相應(yīng)的處理過程如圖2所示包括：對BIM場景構(gòu)件集中的各構(gòu)件分解為多個單元，并進行單元去重；對任意兩個構(gòu)件的分解去重結(jié)果進行語義配準(zhǔn)分析，保存相應(yīng)的變換矩陣；根據(jù)所述語義配準(zhǔn)分析的結(jié)果驗證兩個構(gòu)件的相似性；在兩個構(gòu)件相似時，刪除其中一個構(gòu)件，以相應(yīng)的變換矩陣替代刪除的構(gòu)件。

2)基于可視剔除的建筑內(nèi)部空間分割方法。實際工程中的BIM數(shù)據(jù)不只量大，建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常見移動設(shè)備的負(fù)載，不宜也無法直接進行在線可視化。

本發(fā)明在通過輕量化去除冗余數(shù)據(jù)的同時，將可視剔除與BIM建筑結(jié)構(gòu)、BIM語義信息相結(jié)合，提出了BIM建筑的內(nèi)部空間自動化分割算法。在保持現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的同時，通過語義分析與幾何計算相結(jié)合，將整個BIM建筑內(nèi)部分為相對獨立的空間進行組織和管理，并生成多個空間之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖。在進行建筑內(nèi)部漫游過程中，以空間為單位進行可視剔除，減少了服務(wù)器端實時傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)。

3)結(jié)合多粒度分解的多層數(shù)據(jù)索引構(gòu)建。在進行內(nèi)部空間分割后，可通過空間為單位的方式來對BIM場景中的某些構(gòu)件集進行訪問，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足在線可視化的需要。因為，在實際漫游時，不只需要定位到某個空間，常常需要更快速地揀選到某個構(gòu)件，來完成構(gòu)件級別的操作。結(jié)合多粒度分解的多層數(shù)據(jù)索引，將構(gòu)筑物，室外構(gòu)件、室內(nèi)空間、空間之間的切換、空間內(nèi)部的揀選進行統(tǒng)一考慮，通過空間連通關(guān)系圖來表示內(nèi)部空間的連通性，實現(xiàn)整個建筑的空間切換。通過稀疏體素化的方式生成空間內(nèi)部構(gòu)件的索引結(jié)構(gòu)，通過該索引，在進行在線漫游時，可通過逐層過濾并查找來快速定位用戶所要查詢的粒度數(shù)據(jù)。

4)基于視點驅(qū)動的漸進式數(shù)據(jù)管理。前面建立的輕量級數(shù)據(jù)庫、輕量級數(shù)據(jù)索引，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)可視性剔除、高效管理的底層支持。但在實際應(yīng)用中，仍需要在合適的時機下，快速調(diào)用這些功能來完成相應(yīng)的實時響應(yīng)?；谝朁c驅(qū)動的漸進式數(shù)據(jù)管理，從BIM數(shù)據(jù)在線可視化應(yīng)用的基本需求——實時出發(fā)，通過視點位置判斷并裝載化身所處的內(nèi)部空間。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)訪問速度在每個空間的出/入口設(shè)置相應(yīng)的緩沖區(qū)，當(dāng)化身接近緩沖區(qū)時，觸發(fā)并裝載通過該出/入口與當(dāng)前空間相連接的下一個空間數(shù)據(jù)，并在當(dāng)化身離開新空間的緩沖區(qū)時，及時將新的空間更新為當(dāng)前空間，同時刪除上一個空間數(shù)據(jù)，盡量保持在系統(tǒng)中只存儲足夠少的空間數(shù)據(jù)。該漸進式數(shù)據(jù)裝載和管理的方式不僅提高了系統(tǒng)資源的利用率，也不影響用戶的體驗質(zhì)量。如圖4所示即為圖3(a)的路徑中所對應(yīng)的空間加載情況，以D2出入口 為例，在從S2經(jīng)過D2進入S5時，進入的區(qū)域依次分為三個：S2→D2的緩沖區(qū)→S5。當(dāng)在第一個區(qū)域(S2)中時，只加載S2；當(dāng)進入D2的緩沖區(qū)時，再加載S5，即此時的空間加載總量為S2和S5；當(dāng)經(jīng)過D2緩沖區(qū)進入到S5時，說明已經(jīng)完全進入到S5空間，此時將剔除S2，整個系統(tǒng)加載的空間中只有S5。而在從S5經(jīng)過D2返回S2時，空間加載的情況又相反。其余出入口的加載情況以此類推。

本實施例還提供一種輕量化的BIM大數(shù)據(jù)在線可視化系統(tǒng)，包括輕量解析模塊201、自動化分割模塊202、索引結(jié)構(gòu)構(gòu)建模塊203和可視化模塊204，其中，輕量解析模塊201用于對BIM場景構(gòu)件集進行基于語義引導(dǎo)的輕量級解析，獲得輕量級構(gòu)件庫；自動化分割模塊202用于通過語義分析與幾何計算相結(jié)合的方式對BIM建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行自動化分割，生成多個相對獨立的空間，并生成所述多個相對獨立的空間之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖；索引結(jié)構(gòu)構(gòu)建模塊203用于根據(jù)所述關(guān)系結(jié)構(gòu)圖及各空間中的構(gòu)件集建立多粒度分解的多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)，該多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)通過稀疏體素化的方式生成；可視化模塊204用于根據(jù)所述多層數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)調(diào)用所述輕量級構(gòu)件庫實現(xiàn)BIM建筑的漸進式可視化，且在可視化過程中，以空間為單位對當(dāng)前空間的下一個空間數(shù)據(jù)進行緩存并刪除上一個空間數(shù)據(jù)。

輕量解析模塊201包括：分解去重單元，用于對BIM場景構(gòu)件集中的各構(gòu)件分解為多個單元，并進行單元去重；語義配準(zhǔn)單元，用于對任意兩個構(gòu)件的分解去重結(jié)果進行語義配準(zhǔn)分析，保存相應(yīng)的變換矩陣；相似性驗證單元，用于根據(jù)所述語義配準(zhǔn)分析的結(jié)果驗證兩個構(gòu)件的相似性；構(gòu)件刪除單元，用于在兩個構(gòu)件相似時，刪除其中一個構(gòu)件，以相應(yīng)的變換矩陣替代刪除的構(gòu)件。

可視化模塊204包括：緩沖區(qū)設(shè)置單元，用于在每個所述空間的出入口設(shè)置一緩沖區(qū)；緩沖數(shù)據(jù)加載單元，用于當(dāng)化身接近某一出入口的緩沖區(qū)時，加載通過該出入口與當(dāng)前空間相連接的下一個空間數(shù)據(jù)；緩沖數(shù)據(jù)刪除單元，用于當(dāng)化身離開所述緩沖區(qū)進入新空間時，將所述新空間定義為當(dāng)前空間，同時刪除上一個空間數(shù)據(jù)。

本實施例中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。