基于Cesium查看復雜三維建筑內部模型

吳開興 朱朝寧 李莉

摘要：超大、超高型復雜建筑成為現代城市建設的主流形式，由于該類建筑有極其復雜的內部結構，通過三維模型可以很好地展示和管理該類建筑，其中準確地定位每一個模型構件位置是必不可少的功能之一，由于復雜建筑模型的構件數量高達幾百萬甚至更多，海量空間數據集的處理會使瀏覽器發生卡頓乃至崩潰，其次由于建筑模型中有的構件具有不透明性，導致無法查看建筑模型的內部結構，所以查看三維模型內部結構需要對模型進行編輯。本文通過Cesium平臺推出的3D Tiles數據規范標準，用以實現在瀏覽器端加載復雜建筑模型的海量空間數據集，同時根據空間坐標轉換和空間位置變換規律，對復雜建筑模型進行模型剖切和相機定位來展示該類建筑模型的內部結構，為復雜建筑的展示和管理提供可行的方案。

關鍵詞：Cesium;3DTiles;復雜建筑;三維模型

中圖分類號：P315.69 文獻標志碼：A

文章編號：1009-3044（2019）32-0208-04

近年來，越來越多的超大、超高型復雜建筑出現在城市中，該類建筑也成為衡量城市現代化的指標之一，但是復雜建筑的管理問題也隨之而來，一旦發生險情后果無法設想。隨著計算機技術的快速發展，GIS技術得到了廣泛的普及，復雜建筑的管理問題也因應用GIS技術而有所緩解。由于GIS技術普遍停留在二維世界，很多問題依然無法高效地解決，3DGIS技術應運而生，201 1年，多媒體技術標準化組織Khronos發布WebGL標準規范，瀏覽器端可以不借助任何插件便可提供高質量的3D體驗，一些基于WebGL標準規范的3DGIS前端地圖框架開始出現，Cesium就是眾多優秀的地圖框架之一。

Cesium是AGI公司基于JavaScript編寫的地圖框架，有相對全面的2D、2.5D和3D形式的GIS功能，但是應用Cesium在瀏覽器端顯示海量空間數據集仍然是個艱巨的任務。因此，該公司在2016年推出3D Tiles數據規范標準，該數據規范標準能夠流式傳輸和海量渲染異構空間數據集。同時，Cesium還支持繪制高亮區域和三維空間模型的數據可視化展示等功能，我們可以方便地編輯和查看三維模型信息。

本文會介紹應用Cesium地圖框架在瀏覽器端加載復雜建筑模型的過程，以及根據Cesium提供的空間坐標變換規則對復雜建筑模型進行剖切，進而展示建筑模型內部空間結構，為復雜建筑的展示和管理提供一種可行的方案。

1空間數據集的制作

1.1AutodeskRevit

根據英國建筑規范組NBS發布的建造技術報告2019，報告指出建筑行業內的數字化程度依然很低，隨著越來越多的人開始使用3D模型進行設計傳遞與協同工作，使用各種工具來檢查模型，并把高質量的數據添加到模型里，項目數據逐漸結構化流程化，這些轉變增加了建筑行業從業者的信心。根據對建筑行業從業者的采訪，建模軟件使用頻率最高的是Au-todeskRevit。

Autodesk Revit是一種構建建筑信息模型（BIM）的應用程序，它結合了Autodesk Revit Architecture、Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Structure軟件的功能，優點包括但不僅限于以下三點：

第一，Revit可以設計出各種規格的三維組件以及導入或導出三維組件的尺寸和體積數據，極大地縮短BIM項目的開發周期以及提供精確的預算方案;第二，Revit能解決多專業問題，包括遠程協同工作，云渲染技術，建筑碰撞分析，建筑受力分析等功能;第三，Revit具有強大的聯動功能，平面、立面、剖面、明細表等能做到一處修改，處處更新，避免低級錯誤。

由此可見，Autodesk Revit軟件極大地推動了BIM行業的發展，可以幫助建筑師設計、建造和維護質量更好、能效更高、結構更合理的智慧建筑。

1.23DTiles

Cesium在2016年推出3D Tiles數據規范標準，定位就是在瀏覽器端加載海量異構空間數據集，并于同年開始了0GC標準化進程，該標準經過近幾年的產品升級，在交互性、適應性、靈活性等方面有長足進步，成為瀏覽器端加載大規模場景常用的數據標準之一。3DTiles作為一項開源的數據規范標準，但是生成3DTiles數據集的官方方案十分復雜，缺少便捷的生成工具。隨著大數據時代的到來，該標準存在的問題逐漸受到了科技公司的重視，CesiumLab、ForgeEngine等軟件和插件相繼出現，極大地方便了從業者的開發工作。

3DTiles數據規范標準是在gITF數據規范標準的基礎上建立的，如圖1所示3DTiles規范標準可分為數據層、接口層、邏輯層，三者相互分離，這種設計保證了模塊的獨立性。

數據層上的每個文件可以看作一個Tile（切片），Tile可以是表1的任一格式，其中b3dm和i3dm是基于gITF構建的，提高了空間數據集的兼容性。Tile中還包括特定的二進制塊，包括特征表（FeatureTable）和批處理表（BatchTable），保證了空間數據集的完整性，同時還可以提高空間數據集的讀寫速度。

邏輯層可以看作一個Tileset（由一系列Tile組成樹狀結構切片集），Tileset以JSON文件形式體現，保證了模型的可擴展性。同時該層還加入了分層LOD（HLOD）技術，以便最快最佳地渲染空間數據，體現了該數據標準的高效陛;

在接口層上3DTiles具有訪問器（Accessor）和視圖（view）概念，可以提供模型的類型信息和讀取規范，保證了接口的兼容性。

結合上述，Autodesk Revit在制作BIM模型方面具有很多優點，因此選擇采用AutodeskRevit制作復雜建筑模型的RVT格式空間數據集。由于本文的復雜建筑有海量的空間數據集，同時需要對模型進行編輯，鑒于3DTiles數據規范標準在瀏覽器端加載海量空間數據的優異表現和Cesium在GIS功能方面的完整性，需要使用Autodesk Revit第三方插件將RVT空間數據集轉換為3DTiles空間數據集。