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基于Cesium查看复杂三维建筑内部模型

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吴开兴朱朝宁李莉

摘要：超大、超高型复杂建筑成为现代城市建设的主流形式，由于该类建筑有极其复杂的内部结构，通过三维模型可以很好地展示和管理该类建筑，其中准确地定位每一个模型构件位置是必不可少的功能之一，由于复杂建筑模型的构件数量高达几百万甚至更多，海量空间数据集的处理会使浏览器发生卡顿乃至崩溃，其次由于建筑模型中有的构件具有不透明性，导致无法查看建筑模型的内部结构，所以查看三维模型内部结构需要对模型进行编辑。本文通过Cesium平台推出的3D Tiles数据规范标准，用以实现在浏览器端加载复杂建筑模型的海量空间数据集，同时根据空间坐标转换和空间位置变换规律，对复杂建筑模型进行模型剖切和相机定位来展示该类建筑模型的内部结构，为复杂建筑的展示和管理提供可行的方案。

关键词：Cesium;3DTiles;复杂建筑;三维模型

中图分类号：P315.69 文献标志码：A

文章编号：1009-3044（2019）32-0208-04

近年来，越来越多的超大、超高型复杂建筑出现在城市中，该类建筑也成为衡量城市现代化的指标之一，但是复杂建筑的管理问题也随之而来，一旦发生险情后果无法设想。随着计算机技术的快速发展，GIS技术得到了广泛的普及，复杂建筑的管理问题也因应用GIS技术而有所缓解。由于GIS技术普遍停留在二维世界，很多问题依然无法高效地解决，3DGIS技术应运而生，201 1年，多媒体技术标准化组织Khronos发布WebGL标准规范，浏览器端可以不借助任何插件便可提供高质量的3D体验，一些基于WebGL标准规范的3DGIS前端地图框架开始出现，Cesium就是众多优秀的地图框架之一。

Cesium是AGI公司基于JavaScript編写的地图框架，有相对全面的2D、2.5D和3D形式的GIS功能，但是应用Cesium在浏览器端显示海量空间数据集仍然是个艰巨的任务。因此，该公司在2016年推出3D Tiles数据规范标准，该数据规范标准能够流式传输和海量渲染异构空间数据集。同时，Cesium还支持绘制高亮区域和三维空间模型的数据可视化展示等功能，我们可以方便地编辑和查看三维模型信息。

本文会介绍应用Cesium地图框架在浏览器端加载复杂建筑模型的过程，以及根据Cesium提供的空间坐标变换规则对复杂建筑模型进行剖切，进而展示建筑模型内部空间结构，为复杂建筑的展示和管理提供一种可行的方案。

1空间数据集的制作

1.1AutodeskRevit

根据英国建筑规范组NBS发布的建造技术报告2019，报告指出建筑行业内的数字化程度依然很低，随着越来越多的人开始使用3D模型进行设计传递与协同工作，使用各种工具来检查模型，并把高质量的数据添加到模型里，项目数据逐渐结构化流程化，这些转变增加了建筑行业从业者的信心。根据对建筑行业从业者的采访，建模软件使用频率最高的是Au-todeskRevit。

Autodesk Revit是一种构建建筑信息模型（BIM）的应用程序，它结合了Autodesk Revit Architecture、Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Structure软件的功能，优点包括但不仅限于以下三点：

第一，Revit可以设计出各种规格的三维组件以及导入或导出三维组件的尺寸和体积数据，极大地缩短BIM项目的开发周期以及提供精确的预算方案;第二，Revit能解决多专业问题，包括远程协同工作，云渲染技术，建筑碰撞分析，建筑受力分析等功能;第三，Revit具有强大的联动功能，平面、立面、剖面、明细表等能做到一处修改，处处更新，避免低级错误。

由此可见，Autodesk Revit软件极大地推动了BIM行业的发展，可以帮助建筑师设计、建造和维护质量更好、能效更高、结构更合理的智慧建筑。

1.23DTiles

Cesium在2016年推出3D Tiles数据规范标准，定位就是在浏览器端加载海量异构空间数据集，并于同年开始了0GC标准化进程，该标准经过近几年的产品升级，在交互性、适应性、灵活性等方面有长足进步，成为浏览器端加载大规模场景常用的数据标准之一。3DTiles作为一项开源的数据规范标准，但是生成3DTiles数据集的官方方案十分复杂，缺少便捷的生成工具。随着大数据时代的到来，该标准存在的问题逐渐受到了科技公司的重视，CesiumLab、ForgeEngine等软件和插件相继出现，极大地方便了从业者的开发工作。

3DTiles数据规范标准是在gITF数据规范标准的基础上建立的，如图1所示3DTiles规范标准可分为数据层、接口层、逻辑层，三者相互分离，这种设计保证了模块的独立性。

数据层上的每个文件可以看作一个Tile（切片），Tile可以是表1的任一格式，其中b3dm和i3dm是基于gITF构建的，提高了空间数据集的兼容性。Tile中还包括特定的二进制块，包括特征表（FeatureTable）和批处理表（BatchTable），保证了空间数据集的完整性，同时还可以提高空间数据集的读写速度。

逻辑层可以看作一个Tileset（由一系列Tile组成树状结构切片集），Tileset以JSON文件形式体现，保证了模型的可扩展性。同时该层还加入了分层LOD（HLOD）技术，以便最快最佳地渲染空间数据，体现了该数据标准的高效陛;

在接口层上3DTiles具有访问器（Accessor）和视图（view）概念，可以提供模型的类型信息和读取规范，保证了接口的兼容性。

结合上述，Autodesk Revit在制作BIM模型方面具有很多优点，因此选择采用AutodeskRevit制作复杂建筑模型的RVT格式空间数据集。由于本文的复杂建筑有海量的空间数据集，同时需要对模型进行编辑，鉴于3DTiles数据规范标准在浏览器端加载海量空间数据的优异表现和Cesium在GIS功能方面的完整性，需要使用Autodesk Revit第三方插件将RVT空间数据集转换为3DTiles空间数据集。

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