CN104765905A - 基于bim的平面图和第一视角分屏同步显示方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法和系统，包括：加载显示BIM立体模型；导航模方与模型方位匹配；生成对应的平面图并安插虚拟相机；根据相机的位置、视角信息生成相应的第一人称视角图；通过导航魔方来直观显示视角的方位，并具备指南针功能；根据用户的指令调整第一人称视角图的视角，并根据所述当前视角数据调整平面图中虚拟相机投影的视角方向；将所述平面图和虚拟相机投影作为一部分，将所述第一人称视角图作为另一部分，在同一屏幕中同步显示。本发明将平面图纸与第一人称视角立体图结合，将模型方位与指南针结合，更为直观的观察和寻找细节构件，更加直观的确定现场实际工程构件与模型构件的匹配问题，便捷了施工管理，同时降低了对于人员技术的要求，即使普通工人也可根据同屏显示的图像观察、记录和寻找细节构件。

Description

基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法和系统

技术领域

本发明涉及BIM应用技术和IT领域，作用于智能化工程管理，尤其涉及一种在移动客户端上显示BIM模型的技术和方法。

背景技术

BIM即Building Information Modeling(建筑信息模型)，作为建设项目的一个完整的信息承载体，它是一种创新的建筑设计、施工和管理方法。其主要特点是可以持续即时地提供高质、一致、可靠的项目设计规模、进程和成本信息。建筑师、结构师和工程项目全过程管理各方通过BIM协同平台实现无缝连接，共享数据和信息。利用BIM技术提升精细化管理，降低资源消耗、能源消耗。BIM已成为建筑领域项目全过程管理重要的技术手段。目前Autodesk公司的Revit是最为主流的BIM建模和工程管理软件。但是Revit存在一些明显的缺陷：1、对于硬件设备要求和人员技术要求都很高，造成设施成本和人员成本的高昂；2、Revit中的模型无法很好的与现场的施工管理有效结合在一起；3、仅限于PC客户端，无法在移动终端(平板、手机等)上进行查看。

在传统施工现场，一般使用各专业的大量的平面图，然而，在现场监控的时候，使用平面图对于人员也有一定的要求，大量的平面图在对照时找到准确的图也会耗费不少时间，并且图纸的方位也不清楚，导致图纸与现场施工匹配难，效率比较低下。

伴随着经济高速发展，建设项目日渐增多，大大小小的工程项目数不胜数，另一方面，工程质量要求进一步的提高，工程复杂性上升，多工种多专业交叉施工，这些都预示着原有的各专业独立的工程管理系统已经不能满足现在的工程管理需求，一套新型的高效综合的工程管理系统需要被建立起来。有一种技术方案是在统一集成的平台上建立工程管理系统，涵盖了工程的全过程，对于项目计划进行制定与追踪，各个部门可以在平台上协同工作。其缺点是服务方单一，一般仅为建设方，并未考虑到多建设单位、供应商、运营方、管理方的协作，无法对于工程项目进行全程全方位的管理。针对此项缺陷，上海电信工程有限公司开发了一种工程项目管理系统，意图通过建立大型项目工程指挥部的方法，指挥部集中决策，建设单位流程把关，从而提高项目管理的效率。但是这其中依旧存在一些缺陷：1、针对于进度和安全的监控更多，无法对于施工现场的问题有效进行管理，2、不能直观的看到整个工程，并对于细节问题进行及时管理3、必须配备电脑，并且需要大量器材支撑整个系统，成本高昂。

欧特克的发明专利“用于以建筑信息建模进行施工现场管理和操作的系统和方法”(申请号：201180023129.9)，考虑到了BIM对于现场施工管理的漏洞——BIM模型无法被现场人员在外面的工作现场操作。开发了一种系统和方法将BIM模型的数据结构和数据集提供给现场的技术人员。但是它存在一些缺陷：1、只能传输数据和2D图片而非直观的3D立体模型，不能方便直观的对于工程现场进行管理和操作；2、对于不同专业岗位的人员需要选定特定的数据进行交互，相对低效。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题体现在以下几点：

1)将PC端BIM复杂繁复的模型简化，从而能在普通的移动端上进行显示，对于硬件要求大大降低。

2)将传统的平面施工图和BIM立体模型结合显示，便于专业及非专业人员更直观地观察工程项目整体和细节局部构件。

3)节约工程现场管理的成本，不需要特殊的仪器，普通的智能手机、平板等移动客户端都可满足硬件需求。

4)构建适用于所有专业(结构，机电，建筑等)现场协同工作的平台。

根据本发明提供的一种基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法，包括如下步骤：

加载显示BIM立体模型；

导航魔方生成模型方位，并具方向前为北的指南针功能；

根据调用的BIM立体模型，生成对应的平面图，其中，所述平面图是通过设置在BIM立体模型顶部的场景相机所获取的3D模型；

在用户向平面图上输入的位置点处，安插虚拟相机，并显示虚拟相机的在平面图上的投影，根据虚拟相机投影的位置得到位置数据A，根据虚拟相机投影的视角方向得到视角数据B；

根据所述位置数据A和视角数据B生成相应的第一人称视角图，并将视角方位赋予导航魔方；

根据用户的指令调整第一人称视角图的视角，并根据所述当前视角数据调整平面图中虚拟相机投影的视角方向；

将所述平面图和虚拟相机投影作为一部分，将所述第一人称视角图作为另一部分，在同一屏幕中同步显示。

优选地，根据用户指定的层高和/或专业生成相应的平面图。

优选地，位置数据A和视角数据B同步传输。

优选地，加载显示已通过轻量化处理后的BIM立体模型。

优选地，还包括如下步骤：

步骤i：在第一视角图中显示导航魔方；

其中，所述导航魔方与BIM立体模型方位匹配同步，赋予指南针功能，当模型视图发生改变时，提供有关模型当前观点的直观反应；或者根据用户的指令将第一人称视角图的视角赋予导航魔方。

根据本发明提供的一种基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示系统，包括如下模块：

BIM立体模型加载模块，用于加载显示BIM立体模型；

导航魔方匹配模块，用于匹配BIM立体模型加载模块，赋予模型指南针功能。

BIM平面图自动生成模块，用于根据调用的BIM立体模型，生成对应的平面图，其中，所述平面图是通过设置在BIM立体模型顶部的场景相机所获取的3D模型；

平面图快速定位模块，用于在用户向平面图上输入的位置点处，安插虚拟相机，并显示虚拟相机的在平面图上的投影，根据虚拟相机投影的位置得到位置数据A，根据虚拟相机投影的视角方向得到视角数据B，并将位置数据A和视角数据B发送给BIM模型第一人称视角生成模块；

BIM模型第一人称视角生成模块，用于根据所述位置数据A和视角数据B生成相应的第一人称视角图；

视角导航模块，用于根据用户的指令调整第一人称视角图的视角，将视角方位赋予导航魔方匹配模块，同时将第一人称视角图的当前视角数据传输到BIM平面自动生成模块；BIM平面图自动生成模块根据所述当前视角数据调整平面图中虚拟相机投影的视角方向；

BIM分屏同步显示模块，用于将所述平面图和虚拟相机投影作为一部分，将所述第一人称视角图作为另一部分，在同一屏幕中同步显示。

优选地，根据用户指定的层高和/或专业生成相应的平面图。

优选地，位置数据A和视角数据B同步发送给BIM模型第一人称视角生成模块。

优选地，BIM立体模型加载模块，用于加载显示已通过轻量化处理后的BIM立体模型。

优选地，还包括如下装置：

导航魔方模块，用于在第一视角图中显示导航魔方；

其中，所述导航魔方与BIM立体模型方位匹配同步，赋予指南针功能，当模型视图发生改变时，提供有关模型当前观点的直观反应；或者根据用户的指令将第一人称视角图的视角赋予导航魔方。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1)克服了BIM模型信息庞大，无法在移动终端(手机、平板等)上显示运行的困难，解决了无法在工程现场进行管理和操作的问题，方便外部人员在现场对于模型进行查看和操作。

2)对于硬件要求不高，可在普通的移动终端(手机、平板等)上运行，当今绝大部分人都拥有可以运行的设备，从而大大降低了设备成本。

3)解决了传统现场管理中平面图纸繁多，寻找不易，效率低下的问题，将各专业(建筑、结构、机电等)的平面图纸，浓缩进了程序，只需选择层高和专业领域，便可立刻显现对应的平面图图纸，快捷高效。与此同时，各专业人员都可根据需要查看对于自己的有用信息，并在现场进行管理和操作。

4)将平面图纸与第一人称视角立体图结合，更为直观的观察和寻找细节构件，便捷了施工管理，同时降低了对于人员技术的要求，即使普通工人也可根据同屏显示的图像观察、记录和寻找细节构件。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为分屏同步显示流程图。

图2为分屏显示效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示系统包括了如下模块：

BIM立体模型加载模块，其用于加载显示通过轻量化处理后的BIM立体模型，包含BIM模型的各项属性和数据。优选地，通过引入图形引擎将模型图片与数据分类读取实现轻量化的BIM立体模型实现对BIM立体模型的轻量化处理。

导航魔方匹配模块，用于匹配BIM立体模型加载模块，赋予模型指南针功能。

BIM平面图自动生成模块，其调用了BIM立体模型加载模块中BIM模型的尺寸、坐标数据等，自动生成对应的俯视平面图，可以生成立体模型中不同层高不同专业(结构、建筑、机电等)的剖面图。在确定显示哪个平面图的过程中，可以首先根据用户的指令确定楼层，然后显示该楼层对应的平面图，该平面图并非2D图纸，而是在顶部添加一部相机，从而得到的BIM立体模型对该楼层所在平面的正交投影，实际上仍是3D模型。

平面图快速定位模块，可以在BIM平面图自动生成模块生成的平面图上选择具体的位置点，安插一个虚拟的相机，根据系统中设定的默认的视角，平面图上虚拟相机投影的位置数据A和视角数据B将同步传送到BIM模型第一人称视角生成模块。

BIM模型第一人称视角生成模块，该模块通过平面图快速定位模块得到平面图以及虚拟相机在平面图上投影的位置数据A和视角数据B，从而显示出对应于位置数据A的位置上的第一人称视角图像，配合视角导航模块将视角方位赋予导航魔方匹配模块，从而可以方便快速地找到细节构件进行观察、处理，标记等。

BIM分屏同步显示模块，该模块分别从BIM平面图自动生成模块和BIM模型第一人称视角生成模块调用图像信息，在同一屏幕中划分屏幕成两部分，同步显示BIM平面图自动生成和对应第一人称视角图。

视角导航模块，在第一人称视角图中可以改变视角，该模块提取BIM模型第一人称视角生成模块中的视角数据，再传输到BIM平面自动生成模块中显示平面图中投影的视角方向。

如图1所示，首先，将已做过轻量化的BIM模型导入，从而移动客户端可以加载工程BIM模型并且获得其属性等信息。然后，点选屏幕，可以进入分屏模式，屏幕显示将被切割为两部分，一部分为平面图，另一部分为3D立体BIM模型，如图2所示。在平面图的分屏部分中可以切换层高，从而来显示不同高度的平面剖面图来达到浓缩所有平面施工图的作用。在平面图屏幕部分，可以点选平面图上具体位置，从而在点击处设置一部相机，根据默认的视觉角度，右边会同步显示出在该位置点的第一人称视角的3D立体图像。视角可以在立体BIM模型分屏中进行任意的调节，从而可以观察该位置点上下左右前后的具体情况，并可以准确的找到详细构件，对其查看或者添加工况的各项处理。3D立体BIM模型中的视角调节会在平面图中同歩投影视角的在平面上的方向。两个屏幕间有同步对应的关系。

进一步地，BIM模型信息量大，即使已做过轻量化，在屏幕两边分屏同步还是对于配置相对较低的移动终端来说负担比较大，所以在移动终端上能流畅显示运行BIM模型是一难点。一般工程软件使用工业引擎来运行，而我们采用了游戏引擎UNITY 3D来处理BIM模型。毕竟是3D模型，在平板运行最大的问题就是卡顿，使其流畅的同步显示，最重要的就是FPS值，FPS值越高，系统运行就越流畅。提高FPS值的方法就是尽可能的减少渲染物体，为了实现这一效果，剖面剖掉的物体的render被设定到关闭状态，从而减小GPU的消耗，一般楼层的结构模型FPS能达到40帧左右。而分屏显示的技术是通过设置两个相机(场景相机和虚拟相机)，改变相机的参数，修改两个相机显现图像在屏幕上所占的比例。

电子游戏的分屏同步显示大多是在PC端运行，电脑的性能远远优于移动终端的硬件性能，而当今能在移动终端上同屏显示的大型3D游戏屈指可数。但是本发明能在性能相对不高的移动中端同屏显示两个3D模型，(由于平面图其实是3D模型的正交投影)。游戏的小地图一般做过简化处理，而本发明的BIM模型未做过任何简化处理，100％还原原貌。且具备剖面功能，能够查看某一具体楼层的平面图，而非简单的CAD平面图。

为了在移动终端上运行双屏同步，分屏方法上曾经遇到问题，一开始打算直接导入CAD图纸作为平面图来实现，但平面图与第一人称视角的同步带来了很大的问题，且另一方面将会加大数据容量。所以在经过试验研究多次后，我们发现了一个新的方法，就是分屏两张图都是3D模型。平面图通过在顶部安置场景相机，从而得到3D模型的正交投影实现。但这又带来了另一个问题，如何显示不同层高的剖面图呢？正交投影只能显示顶部的投影，无法分层查看。经过大量的试验尝试，这个问题也得到了解决，给整个BIM立体模型的每个构件附属材质，材质有两种状态，一种状态是正常显示，另一种状态是不显示，通过定义一个偏移量的属性，可以完成在偏移面一面的构件材质状态正常显示，另一面的构件材质状态不显示的效果。在楼层转化的时候，通过改变偏移量值，改变部分构件的材质状态，使不需要显示的楼层隐藏，从而达到了剖面的视觉效果。

在分屏同步显示中，可以使所有的信息都是同步的，由于分屏的图像显现的其实是同一个物体，只是场景相机和虚拟相机的镜头的角度不同。对于标记，则是通过提取标记点的三维坐标和对应的平面坐标，通过链接两者的关系，分别在平面图和第一人称视角图对应位置分别添加标记。但是平面图上的标记，主要用以连接到第一人称视角对应位置，标记的实际浏览需要在第一人称视角中触发实现。

其中，将BIM模型轻量化的方法，包括如下步骤：

步骤1：将第一BIM模型(第一BIM模型为待轻量化的BIM模型)导出为第二BIM模型，并保存第一BIM模型中构件的构件颜色材质信息；其中，运行及显示第二BIM模型的配置要求低于运行及显示第一BIM模型的配置要求；

步骤2：对第二BIM模型的实体网格进行简化，并处理边界表示，得到第三BIM模型；

步骤3：对第三BIM模型根据点线面信息和所述构件颜色材质信息进行渲染。第三BIM模型为已轻量化的BIM模型。

优选地，所述第一BIM模型为Revit版本格式，所述移动端操作系统为手机操作系统TOS。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：增加第二BIM模型中每对相邻多边形面的最大允许角度A，将第二BIM模型中相互之间的角度小于所述最大允许角度的相邻多边形面合并为一个多边形面；增加第二BIM模型中每对相邻线段的最大允许角度B，将第二BIM模型中相互之间的角度小于所述最大允许角度B的相邻线段合并为一条线段；

步骤2.2：对第二BIM模型调整网格和实体几何体之间的最大允许绝对误差，使得第一BIM模型中的构件在第二BIM模型中不会缺失。

优选地，在步骤3中，对合并的多边形面以及合并的线条对应的多个构件，分别根据各自的构件颜色材质信息分别进行渲染。

优选地，第二BIM模型的格式是符合移动端操作系统的运行及显示要求的3D格式。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法，其特征在于，包括如下步骤：

加载显示BIM立体模型；

根据调用的BIM立体模型，生成对应的平面图，其中，所述平面图是通过设置在BIM立体模型顶部的场景相机所获取的3D模型；

在用户向平面图上输入的位置点处，安插虚拟相机，并显示虚拟相机的在平面图上的投影，根据虚拟相机投影的位置得到位置数据A，根据虚拟相机投影的视角方向得到视角数据B；

根据所述位置数据A和视角数据B生成相应的第一人称视角图；

根据用户的指令调整第一人称视角图的视角，并根据所述当前视角数据调整平面图中虚拟相机投影的视角方向；

将所述平面图和虚拟相机投影作为一部分，将所述第一人称视角图作为另一部分，在同一屏幕中同步显示。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法，其特征在于，根据用户指定的层高和/或专业生成相应的平面图。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法，其特征在于，位置数据A和视角数据B同步传输。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法，其特征在于，加载显示已通过轻量化处理后的BIM立体模型。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤i：在第一视角图中显示导航魔方；

其中，所述导航魔方与BIM立体模型方位匹配同步；或者根据用户的指令将第一人称视角图的视角赋予导航魔方。

6.一种基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示系统，其特征在于，包括如下模块：

BIM立体模型加载模块，用于加载显示BIM立体模型；

BIM平面图自动生成模块，用于根据调用的BIM立体模型，生成对应的平面图，其中，所述平面图是通过设置在BIM立体模型顶部的场景相机所获取的3D模型；

平面图快速定位模块，用于在用户向平面图上输入的位置点处，安插虚拟相机，并显示虚拟相机的在平面图上的投影，根据虚拟相机投影的位置得到位置数据A，根据虚拟相机投影的视角方向得到视角数据B，并将位置数据A和视角数据B发送给BIM模型第一人称视角生成模块；

BIM模型第一人称视角生成模块，用于根据所述位置数据A和视角数据B生成相应的第一人称视角图；

视角导航模块，用于根据用户的指令调整第一人称视角图的视角，同时将第一人称视角图的当前视角数据传输到BIM平面自动生成模块；BIM平面图自动生成模块根据所述当前视角数据调整平面图中虚拟相机投影的视角方向；

BIM分屏同步显示模块，用于将所述平面图和虚拟相机投影作为一部分，将所述第一人称视角图作为另一部分，在同一屏幕中同步显示。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示系统，其特征在于，根据用户指定的层高和/或专业生成相应的平面图。

8.根据权利要求6所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示系统，其特征在于，位置数据A和视角数据B同步发送给BIM模型第一人称视角生成模块。

9.根据权利要求6所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示系统，其特征在于，BIM立体模型加载模块，用于加载显示已通过轻量化处理后的BIM立体模型。

10.根据权利要求6所述的基于BIM的平面图和第一视角分屏同步显示系统，其特征在于，还包括如下装置：

导航魔方模块：用于在第一视角图中显示导航魔方；

其中，所述导航魔方与BIM立体模型方位匹配同步，赋予指南针功能，当模型视图发生改变时，提供有关模型当前观点的直观反应；或者根据用户的指令将第一人称视角图的视角赋予导航魔方。