本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于在網(wǎng)頁中動態(tài)實(shí)時瀏覽超大體量模型的三維可視化引擎及在web應(yīng)用程序中的調(diào)用方法。

背景技術(shù)：

bim技術(shù)旨在解決設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維過程中的可視化溝通與信息共享問題，在土木工程領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用?；赽im模型的三維可視化和建筑全生命周期參數(shù)化管理，是現(xiàn)代大型復(fù)雜建筑的研究方向之一。由于大型建筑體量巨大、構(gòu)件數(shù)目繁多，對bim模型三維可視化的要求越來越高。而且由于bim模型是建筑信息管理的載體，承載的管理屬性也越來越復(fù)雜。因此，基于云+端的模式，進(jìn)行全生命周期的建造信息可視化、信息協(xié)同共享，需要一個流暢的三維可視化實(shí)時渲染的引擎，來支持用戶對于大體量(億以上面片數(shù))的bim模型進(jìn)行三維可視化實(shí)時瀏覽。

由于硬件計(jì)算水平的限制，目前市場上的國內(nèi)外以建模為主的軟件并不能有效的解決這個問題，多數(shù)以鏈接的模式，分區(qū)建模和用模，且對云+端的應(yīng)用模式中客戶端的顯示計(jì)算性能要求過高，離市場實(shí)用性的要求還有不少的差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于在網(wǎng)頁中動態(tài)實(shí)時瀏覽超大體量bim模型的三維可視化引擎及web應(yīng)用程序調(diào)用方法，實(shí)時對bim模型進(jìn)行三維場景的挑選和剔除，自動對場景進(jìn)行多級lod加載，以適應(yīng)客戶端硬件計(jì)算水平。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：

一種基于bim模型的三維可視化引擎，該可視化引擎包括地形模型生成系統(tǒng)、多源模型支持系統(tǒng)、場景生成系統(tǒng)、模型資源加載系統(tǒng)和模型交互場景管理系統(tǒng)。

多源模型支持系統(tǒng)將不同格式模型與地形模型生成系統(tǒng)進(jìn)行組合之后形成一個完整模型，該模型經(jīng)過資源轉(zhuǎn)換之后通過場景生成系統(tǒng)的自動計(jì)算形成不同層次的模型文件。場景調(diào)度與交互系統(tǒng)通過場景調(diào)度與交互模塊進(jìn)行模型文件的加載與交互，以保證用戶進(jìn)行三維場景的實(shí)時交互。

地形模型生成系統(tǒng)：負(fù)責(zé)基于dlg數(shù)字線劃圖進(jìn)行地形場景的生成，并將分層地理信息數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。

多源模型支持系統(tǒng)：負(fù)責(zé)對接不同的建模工具，將不同的建模工具所建的模型，按照模型所在的坐標(biāo)位置組合在場景中，并安放在地形模型生成系統(tǒng)中的場景位置。

場景生成系統(tǒng)：通過對整體模型的資源進(jìn)行優(yōu)化、按照場景中的觀察者位置，對場景進(jìn)行挑選和剔除，并自動進(jìn)行多級lod的實(shí)時計(jì)算。

模型資源加載系統(tǒng)：支持系統(tǒng)以云+端的模式進(jìn)行三維場景數(shù)據(jù)從服務(wù)器到客戶端的在線傳輸和離線下載。

模型交互場景管理系統(tǒng)：用于在場景中進(jìn)行用戶視圖瀏覽、視圖快照、場景標(biāo)注、空間量測、空間剖切、屬性查詢、圖文關(guān)聯(lián)等模型交互功能，滿足用戶多種用模型需求。

所述地形模型生成子系統(tǒng)，包括三維數(shù)字高程的提取、地形三角網(wǎng)生成與優(yōu)化、地形紋理貼圖、水面場景優(yōu)化、樹木布置優(yōu)化等的地形地貌因素的建模及優(yōu)化。

所述多源模型生成子系統(tǒng)，包括對市場上主流的建模軟件進(jìn)行模型、包括紋理、材質(zhì)及建模過程中記錄的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行無損的導(dǎo)入，并將模型按照空間位置和地形信息進(jìn)行配準(zhǔn)。

所述場景生成子系統(tǒng)，包括對導(dǎo)入場景中的模型，根據(jù)動態(tài)松弛二叉樹算法進(jìn)行資源的重新計(jì)算、確保場景的挑選和剔除的高效，對場景中的模型自動進(jìn)行細(xì)節(jié)lod算法。并將場景生成的模型文件存放在服務(wù)器上。

所述場景生成子系統(tǒng)包括如下系統(tǒng)：

系統(tǒng)1：用于利用revit軟件將單個原始bim模型轉(zhuǎn)換為單個構(gòu)件的模型文件，通過集合，形成多個構(gòu)件的模型文件集合。

系統(tǒng)2：用于將模型文件集合合并為頂層空間塊，利用減面算法對面數(shù)進(jìn)行精簡。將頂層空間塊保存為空間二叉樹的一個節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)3：用于以8ⁿ為基數(shù)對頂層空間塊劃分為多個小空間塊，同時利用減面算法使每個空間塊面數(shù)等于原始面數(shù)，且小于一定的面數(shù)為止，經(jīng)過面數(shù)精簡將各個小空間塊保存為空間二叉樹的各個節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)4：用于將空間塊節(jié)點(diǎn)資源集合用于實(shí)時渲染，渲染時根據(jù)當(dāng)前空間塊與相機(jī)的距離，以及相機(jī)的視場角、屏幕分辨率，計(jì)算出當(dāng)前空間塊的屏幕空間誤差，根據(jù)誤差大小決定是否繼續(xù)向下一層劃分。將不再繼續(xù)劃分層次的空間塊作為渲染對象進(jìn)行渲染。

系統(tǒng)5：用于利用gpu的異步遮擋查詢功能，動態(tài)剔除掉被遮擋的空間塊，進(jìn)一步降低渲染負(fù)載。

所述模型資源加載系統(tǒng)，支持模型文件服務(wù)器與客戶端之間的模型加載服務(wù)；當(dāng)客戶端登陸系統(tǒng)時，系統(tǒng)檢索本地沒有相應(yīng)的模型緩存文件時，系統(tǒng)提示客戶進(jìn)行離線更新或在線更新，在線更新時，通過特殊的算法進(jìn)行不同細(xì)節(jié)lod的模型的在線加載，確保用戶能夠流暢的進(jìn)行模型的加載與更新；

所述模型交互場景管理系統(tǒng)，用于在網(wǎng)頁和應(yīng)用程序中提供三維可視化瀏覽服務(wù)。在場景中進(jìn)行用戶視圖瀏覽、視圖快照、場景標(biāo)注、空間量測、空間剖切、屬性查詢、圖文關(guān)聯(lián)等模型交互操作，滿足用戶多種用模需求。

一種基于bim模型的三維可視化引擎的web應(yīng)用程序調(diào)用方法，采用上述的三維可視化引擎，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)數(shù)字線劃圖、dem數(shù)據(jù)等，通過配準(zhǔn)生成地形模型；

步驟2：根據(jù)不同的建模軟件，提供深度繼承于三維建模工具的模型上傳和轉(zhuǎn)換工具，并在三維的場景中，根據(jù)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，自動進(jìn)行不同模型之間、模型與地形之間的位置配準(zhǔn)；

步驟3：利用場景生成工具，整合地形模型數(shù)據(jù)，對整體模型的資源進(jìn)行優(yōu)化，按照場景中的觀察者位置，對場景進(jìn)行挑選和剔除，并自動進(jìn)行多級lod的實(shí)時計(jì)算,將生成的模型資源放在模型轉(zhuǎn)換服務(wù)器上；

步驟4：以云+端的模式進(jìn)行三維場景數(shù)據(jù)以不同細(xì)節(jié)lod層級從服務(wù)器到客戶端的在線傳輸和離線下載；

步驟5：根據(jù)客戶端的請求，在場景中進(jìn)行視圖瀏覽、視圖快照、場景標(biāo)注、空間量測、空間剖切、屬性查詢、圖文關(guān)聯(lián)等模型交互功能。

所述步驟3包括如下步驟：

步驟3.1：利用revit軟件將單個原始bim模型轉(zhuǎn)換為單個構(gòu)件的模型文件，通過集合，形成多個構(gòu)件的模型文件集合。

步驟3.2：將模型文件集合合并為頂層空間塊，利用減面算法對面數(shù)進(jìn)行精簡。將頂層空間塊保存為空間二叉樹的一個節(jié)點(diǎn)。

步驟3.3：以8ⁿ為基數(shù)對頂層空間塊劃分為多個小空間塊，同時利用減面算法使每個空間塊面數(shù)等于原始面數(shù)，且小于一定的面數(shù)為止，經(jīng)過面數(shù)精簡將各個小空間塊保存為空間二叉樹的各個節(jié)點(diǎn)。

步驟3.4：將空間塊節(jié)點(diǎn)資源集合用于實(shí)時渲染，渲染時根據(jù)當(dāng)前空間塊與相機(jī)的距離，以及相機(jī)的視場角、屏幕分辨率，計(jì)算出當(dāng)前空間塊的屏幕空間誤差，根據(jù)誤差大小決定是否繼續(xù)向下一層劃分。將不再繼續(xù)劃分層次的空間塊作為渲染對象進(jìn)行渲染。

步驟3.5：同時利用gpu的異步遮擋查詢功能，動態(tài)剔除掉被遮擋的空間塊，進(jìn)一步降低渲染負(fù)載。

附圖說明

圖1為用于在網(wǎng)頁中動態(tài)實(shí)時瀏覽超大體量bim模型的三維可視化引擎

圖2為用于在網(wǎng)頁中動態(tài)實(shí)時瀏覽超大體量bim模型的web應(yīng)用程序調(diào)用方法

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種用于在網(wǎng)頁中動態(tài)實(shí)時瀏覽超大體量bim模型的三維可視化引擎，包括地形模型生成系統(tǒng)、多源模型支持系統(tǒng)、場景生成系統(tǒng)、模型資源加載系統(tǒng)、模型交互場景管理系統(tǒng)。

其特征在于：地形模型生成系統(tǒng)負(fù)責(zé)基于dlg數(shù)字線劃圖進(jìn)行地形場景的生成，并將分層地理信息數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中；多源模型支持系統(tǒng)將對接不同的建模工具，將不同建模工具所建的模型，按照模型所在的坐標(biāo)位置組合在場景中，并安放在合適的位置；場景生成系統(tǒng)通過對整體模型的資源進(jìn)行優(yōu)化、按照場景中的觀察者位置，對場景進(jìn)行挑選和剔除，并自動進(jìn)行多級lod的實(shí)時計(jì)算；模型資源加載系統(tǒng)支持系統(tǒng)以云+端的模式進(jìn)行三維場景數(shù)據(jù)從服務(wù)器到客戶端的在線傳輸和離線下載；模型交互場景管理系統(tǒng)用于在場景中進(jìn)行用戶視圖瀏覽、視圖快照、場景標(biāo)注、空間量測、空間剖切、屬性查詢、圖文關(guān)聯(lián)等模型交互功能，滿足用戶多種用模需求。

地形模型生成系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)字線劃圖、dem數(shù)據(jù)等，通過配準(zhǔn)生成地形模型，通過地形自動lod算法，無縫加載各層級lod，確保地形精確的進(jìn)行加載和顯示。支持局部平面地形和地球球面地形；支持超海量數(shù)據(jù)的分頁調(diào)度；支持地形無縫lod過渡，地形網(wǎng)格能夠在高低精度間平滑過渡。此系統(tǒng)負(fù)責(zé)地形場景的生成，并將分層地理信息數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。

多源模型支持系統(tǒng)，系統(tǒng)支持常用建模工具所建立的模型，通過系統(tǒng)提供的深度繼承于各建模工具的二次開發(fā)接口所建立的轉(zhuǎn)換工具，或通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)ifc格式中轉(zhuǎn)，將多源的模型按照模型所在的坐標(biāo)位置加載到三維引擎所生成的場景中，自動進(jìn)行不同模型之間、模型與地形之間的位置配準(zhǔn)。

場景生成系統(tǒng)，對導(dǎo)入場景中的模型，根據(jù)動態(tài)松弛二叉樹算法對模型整體資源進(jìn)行優(yōu)化，動態(tài)的根據(jù)觀察者的距離遠(yuǎn)近、及位置(視錐體)對場景進(jìn)行挑選和剔除，并自動進(jìn)行多級lod的實(shí)時計(jì)算，將生成的模型資源放在模型轉(zhuǎn)換服務(wù)器上。

模型資源加載系統(tǒng)，系統(tǒng)以云+端的模式進(jìn)行三維場景數(shù)據(jù)從服務(wù)器到客戶端的在線傳輸和離線下載，當(dāng)客戶端登陸系統(tǒng)時，系統(tǒng)檢索本地沒有相應(yīng)的模型緩存文件時，系統(tǒng)提示客戶進(jìn)行離線更新或在線更新，在線更新時，通過特殊的算法進(jìn)行不同細(xì)節(jié)lod的模型的在線加載，確保用戶能夠流暢的進(jìn)行模型的加載與更新。

模型交互管理系統(tǒng)，在場景中進(jìn)行視圖瀏覽、視圖快照、場景標(biāo)注、空間量測、空間剖切、屬性查詢、圖文關(guān)聯(lián)等模型交互功能，滿足各種用模需求。在用戶使用的過程中，系統(tǒng)通過算法自動的進(jìn)行場景的挑選和剔除，根據(jù)客戶端的顯卡及顯存(顯示計(jì)算能力)，自動進(jìn)行場景計(jì)算(場景的可視構(gòu)件及面片數(shù)的加減)，將場景的渲染的三角面數(shù)，始終維持在一個客戶端可計(jì)算的數(shù)量級內(nèi)，確保用戶的使用效果。

優(yōu)選地，所述場景生成子系統(tǒng)包括如下系統(tǒng)：

系統(tǒng)1：用于利用revit軟件將單個原始bim模型轉(zhuǎn)換為單個構(gòu)件的模型文件，通過集合，形成多個構(gòu)件的模型文件集合。

系統(tǒng)2：用于將模型文件集合合并為頂層空間塊，利用減面算法對面數(shù)進(jìn)行精簡。將頂層空間塊保存為空間二叉樹的一個節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)3：用于以8ⁿ為基數(shù)對頂層空間塊劃分為多個小空間塊，同時利用減面算法使每個空間塊面數(shù)等于原始面數(shù)，且小于一定的面數(shù)為止，經(jīng)過面數(shù)精簡將各個小空間塊保存為空間二叉樹的各個節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)4：用于將空間塊節(jié)點(diǎn)資源集合用于實(shí)時渲染，渲染時根據(jù)當(dāng)前空間塊與相機(jī)的距離，以及相機(jī)的視場角、屏幕分辨率，計(jì)算出當(dāng)前空間塊的屏幕空間誤差，根據(jù)誤差大小決定是否繼續(xù)向下一層劃分。將不再繼續(xù)劃分層次的空間塊作為渲染對象進(jìn)行渲染。

系統(tǒng)5：用于利用gpu的異步遮擋查詢功能，動態(tài)剔除掉被遮擋的空間塊，進(jìn)一步降低渲染負(fù)載。

如圖2所示，用于在網(wǎng)頁中動態(tài)實(shí)時瀏覽超大體量bim模型的web應(yīng)用程序調(diào)用方法，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)數(shù)字線劃圖、dem數(shù)據(jù)等，通過配準(zhǔn)生成地形模型；

根據(jù)數(shù)字高程模型，提取三維數(shù)字高程，生成與優(yōu)化地形三角網(wǎng)，并依據(jù)地形紋理貼圖、水面場景優(yōu)化、樹木布置優(yōu)化等的地形地貌因素進(jìn)行地形場景的建模及優(yōu)化；

步驟2：根據(jù)不同的建模軟件，提供深度繼承于三維建模工具的模型上傳和轉(zhuǎn)換工具，并在三維的場景中，根據(jù)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，自動進(jìn)行不同模型之間、模型與地形之間的位置配準(zhǔn)；

多源模型生成系統(tǒng)支持對市場上主流的建模軟件進(jìn)行模型、包括紋理、材質(zhì)及建模過程中記錄的屬性數(shù)據(jù)的無損導(dǎo)入，并根據(jù)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，將模型按照空間位置和地形信息進(jìn)行配準(zhǔn)。

步驟3：利用場景生成工具，整合地形模型數(shù)據(jù)，對整體模型的資源進(jìn)行優(yōu)化，按照場景中的觀察者位置，對場景進(jìn)行挑選和剔除，并自動進(jìn)行多級lod的實(shí)時計(jì)算,將生成的模型資源放在模型轉(zhuǎn)換服務(wù)器上；

對于導(dǎo)入場景中的模型，根據(jù)動態(tài)松弛二叉樹算法進(jìn)行資源的重新計(jì)算、確保場景的挑選和剔除的高效，對場景中的模型進(jìn)行自動的細(xì)節(jié)lod算法。并將場景生成的模型文件，包括動態(tài)松弛二叉樹算法、自動細(xì)節(jié)lod算法、和渲染計(jì)算、渲染文件存放服務(wù)器。

步驟4：以云+端的模式進(jìn)行三維場景數(shù)據(jù)以不同細(xì)節(jié)lod層級從服務(wù)器到客戶端的在線傳輸和離線下載；

當(dāng)客戶端登陸系統(tǒng)時，系統(tǒng)檢索本地沒有相應(yīng)的模型緩存文件時，系統(tǒng)提示客戶進(jìn)行離線更新或在線更新，在線更新時，通過特殊的算法進(jìn)行不同細(xì)節(jié)lod的模型的在線加載，確保用戶能夠流暢的進(jìn)行模型的加載與更新。

步驟5：根據(jù)客戶端的請求，在場景中進(jìn)行視圖瀏覽、視圖快照、場景標(biāo)注、空間量測、空間剖切、屬性查詢、圖文關(guān)聯(lián)等模型交互功能。

在用戶使用的過程中，系統(tǒng)通過算法自動的進(jìn)行場景的挑選和剔除，根據(jù)客戶端的顯卡及顯存(顯示計(jì)算能力)，自動進(jìn)行場景計(jì)算(場景的可視構(gòu)件及面片數(shù)的加減)，將場景的渲染的三角面數(shù)，始終維持在一個客戶端可計(jì)算的數(shù)量級內(nèi)，確保用戶的使用效果。

所述步驟3包括如下步驟：

步驟3.1：利用revit軟件將單個原始bim模型轉(zhuǎn)換為單個構(gòu)件的模型文件，通過集合，形成多個構(gòu)件的模型文件集合。

步驟3.2：將模型文件集合合并為頂層空間塊，利用減面算法對面數(shù)進(jìn)行精簡。將頂層空間塊保存為空間二叉樹的一個節(jié)點(diǎn)。

步驟3.3：以8ⁿ為基數(shù)對頂層空間塊劃分為多個小空間塊，同時利用減面算法使每個空間塊面數(shù)等于原始面數(shù)，且小于一定的面數(shù)為止，經(jīng)過面數(shù)精簡將各個小空間塊保存為空間二叉樹的各個節(jié)點(diǎn)。

步驟3.4：將空間塊節(jié)點(diǎn)資源集合用于實(shí)時渲染，渲染時根據(jù)當(dāng)前空間塊與相機(jī)的距離，以及相機(jī)的視場角、屏幕分辨率，計(jì)算出當(dāng)前空間塊的屏幕空間誤差，根據(jù)誤差大小決定是否繼續(xù)向下一層劃分。將不再繼續(xù)劃分層次的空間塊作為渲染對象進(jìn)行渲染。

步驟3.5：同時利用gpu的異步遮擋查詢功能，動態(tài)剔除掉被遮擋的空間塊，進(jìn)一步降低渲染負(fù)載。