基于IFC的BIM三维几何建模及模型转换_精品文档.pdf
- 文档编号:3177953
- 上传时间:2022-11-19
- 格式:PDF
- 页数:8
- 大小:667.52KB
基于IFC的BIM三维几何建模及模型转换_精品文档.pdf
《基于IFC的BIM三维几何建模及模型转换_精品文档.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于IFC的BIM三维几何建模及模型转换_精品文档.pdf(8页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第1卷第1期2009年9月V011No1Sep2009基于IFC的BIM三维几何建模及模型转换张建平张洋张新(清华大学土木工程系,北京100084)【摘要】三维数字技术在建筑工程领域的应用,有效改变了传统的以点、线、面等二维图元组成的工程图纸的信息表达缺陷,是BIM(BuildingInformationModeling)的重要技术支撑。
三维几何模型有多种表达形式,总体上可以分为实体模型、表面模型和线框模型。
三者具有不同的应用领域与适用范围。
为了满足BIM在建筑工程不同阶段的应用需求,本文基于BIM技术,提出了一种基于AutoCAD图形引擎的BIM三维实体建模以及将其转换为表面模型的方法,并通过实例验证了其可行性。
【关键词】IFC标准;建筑信息模型(BIM);三维建模;模型转换;建筑工程【中图分类号】TU2014;TUl7【文献标识码】A【文章编号】16747461(2009)01一0040一071引言按照建模方法的不同,三维模型可以分为线框模型、表面模型和实体模型。
线框建模是利用基本线素来定义设计对象的棱线而构成的立体框架,模型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成,描述的是产品的轮廓外型。
表面建模是通过对实体的各个表面进行描述而构造模型。
建模时先将复杂的外表面分解成若干个组成面,然后定义其基本面素。
基本面素可以是平面或二次曲面,通过面素连接成组成面,各组成面拼接成模型。
表面模型能够比较完整地定义三维立体的表面,生成逼真的彩色图像,可以直观地进行产品的外型设计,也可用作有限元法分析中的网格的划分。
实体建模是在计算机内部以实体描述客观事物。
通常通过长方体、圆柱体、球体、圆锥体、楔体和圆环体等基本体素来创建三维对象,然后对这些基本体素进行布尔运算形成更为复杂的几何实体。
另外,实体模型也可以通过将平面对象沿路径拉伸或绕轴线旋转而得到。
实体模型包含完整的几何拓扑信息,可以从其中提取实体的物理特性,如体积、表面积、惯性矩、重心等,导出实体数据进行有限元法分析,或者将实体模型退化为表面和线框对象旧J。
在计算机中创建和显示三维模型,必须有三维图形系统支持,常用的图形系统有OpenGL、Direct3D、Java3D等。
OpenGL由美国高级图形和高性能计算机系统公司(SGI)开发,适用于三维图形应用程序设计接口,目前已成为开放式的国际三维图形程序标准旧J。
Direct3D由微软推出,广泛应用于Windows平台及游戏开发。
OpenGL和Direct3D均属于底层图形支撑系统,仅支持对点、线、面基本图元的渲染,对于复杂图形的渲染需要通过各种算法转化为对点、线、面的渲染。
另外,由Sun公司开发的Java3D,具有平台无关性,适合于网络和单机图形应用程序的开发。
Java3D采用面向对象的方式对基本的图形操作进行了封装,底层仍通过调用OpenGL或Direct3D进行图形渲染。
2三维几何建模及相关研究三维几何模型是BIM建模的基础,是贯穿于建筑生命期的核心数据,这些数据在建筑生命期的不同阶段被创建和利用,包含了丰富的工程信息,例【基金项目】国家自然科学基金项目(50478015);国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAJ01807一03)【作者简介】张建平(1953一),博士,清华大学土木工程系教授、博士生导师。
主要从事土木工程CADCAE、4DCAD、建设领域信息化、智能信息处理技术、数字减灾及智能决策技术、BIM及建筑生命期管理等方面的研究。
01062782706,Email:
zhangjptsinghuaeducn万方数据基奇IFC的BIM三维几何建模及模型转换41如通过建筑三维几何数据可以得出建筑构件的体积、空间位置、拓扑关系等工程信息。
然而,建筑工程不同阶段的不同应用对三维几何数据的处理需求是不一样的。
表1对不同类型的三维模型的特点及适用范围进行了总结。
在建筑设计阶段,基于BIM的设计软件创建的是三维实体模型。
实体模型记录了完整的几何拓扑信息,便于修改和编辑。
然而,实体模型的处理是一个相当复杂的过程,涉及到许多计算机图形学算法,通常需要借助专业的图形引擎实现。
在结构分析阶段,通常采用线框模型便于各种结构计算分析。
在施工阶段和运营阶段,其主要应用是通过对三维模型的展现,实现施工和运营过程的虚拟仿真,对模型的运行效率和刷新时间要求很高,因此表面模型更加适合。
另外,对于特定的应用,表面模型具有更加便于处理的特点,例如火灾模拟分析(FDS)、能耗分析、光照分析等。
表1三维几何模型的特点和适用范围由上述分析可以看出,设计阶段产生的三维实体模型处于BIM生命期的上游,作为核心的产品模型数据将随着工程进展被下游应用所使用。
由于对模型数据处理要求的不同,需要将实体模型演变为其他形式的三维几何模型,例如支持虚拟施工的仿真软件一般只能处理表面模型。
一些学者对实体模型生成用于结构计算的线框模型算法进行了研究。
本文则研究如何将实体模型转变为表面模型的方法。
目前三维模型的转换和显示有多种方法,每种方法各具特点,这些方法主要包括如下。
(1)将实体模型转换为VRML格式,通过VRML控件进行模型显示。
VRML是一种通用的图形交换标准,主要用于基于互联网的几何图形显示。
对VRML模型的显示通过互联网浏览器的插件实现。
VineetRKamatMJ、XiangyuWangL51等在其研究中便采用了这种方法。
这种方法有两个缺点。
首先,VRML的模型显示通过浏览器插件实现,应用程序能够提供的对几何模型的人机交互界面取决于浏览器插件的功能。
通常VRML插件功能有限且不支持再开发,致使功能无法定制。
其次,由于VRML不支持布尔运算,而无法进行相应的模型处理,如在构件中开洞(墙中有窗的情况)等。
(2)开发实体模型转化器。
通过开发实体模型转换器,将实体模型转换为表面模型,然后通过OpenGL、Direct3D等图形引擎显示模型。
这种方法开发工作量大,而且转换后的数据没有统一存储格式,难以被其它应用程序使用,数据的可重用性差。
(3)开发轻量级三维图形引擎。
一些研究者通过开发轻量级图形引擎,面向专业应用进行三维实体模型处理。
通常由于功能十分有限,仅能处理数量有限的简单实体模型,对于包含需要布尔运算的复杂模型处理则无能为力,而且不具有通用性。
综上所述,本文提出了一种基于AutoCAD图形引擎的BIM三维实体建模以及转换为三维表面模型的方法,克服了上述方法中用户界面交互性不佳、模型转换后数据可重用性差、不具通用性等缺点。
3BIM的几何数据描述31几何模型的类型基于IFC的BIM可以存储多种类型的几何模型数据,表2列出了支持的几何模型类型。
其中,Cuwe2D、GeometricSet、GeometricCurveSet用于描述由点、线、面基本图元组成的模型。
SurfaceModel用于描述表面模型。
SolidModel用于描述实体模型,又可细分为SweptSolid、Brep、CSG、Clipping、Ad-vancedSweptSolid等多种类型。
万方数据42表2IFC预定义的几何表达类型类型说明Curve2DC,eometricSetGeometrlcCurveSetSurfaceModelSolMModdSweptSolidBrepCSGClippingAdvancedSweptSolid2维曲线点、曲线、表面(2维或3维)集合点、曲线(2维或3维)集合表面模型实体模型通过拉伸或旋转形成的扫略实体边界描述实体通过布尔运算生成的几何构造实体通过布尔运算生成的几何构造实体(特指通过差运算得到的实体)沿基线扫略生成的扫略实体32几何模型与建筑构件的集成建筑产品包括建筑构件、配电构件、家具等,均由IfcProduct实体派生。
IfcProduct是一个抽象基类型,定义了与几何表达相关的属性,如图1所示。
IfcProduet实体的ObjectPlacement属性定义坐标信息,坐标信息既可以采用世界坐标、相对坐标,也可采用相对于轴线网格的方式描述。
通过坐标变换矩阵进行坐标变换可以得到建筑产品在世界坐标系的最终位置。
IfcProduct实体的Representation属性用于定义建筑产品的几何模型,包括建筑产品的几何描述和材料定义的几何描述。
IfcProductRepresentation实体的Representations属性为列表类型,可以为同一个建筑产品存储多个几何模型数据,例如描述同一个建筑产品的实体模型、线框模型和表面模型。
每一个几何模型对应一个IfcRepresentation实体的实例,模型的类型为表2中所列类型,存储在RepresentationType属性中o4BIM几何实体模型的重建AutoCAD是广泛使用的CAD软件,具有强大的二次开发接口,可以将AutoCAD作为三维几何图形引擎使用。
随着Net技术的不断成熟,AutoCAD的二次开发不仅可以使用传统的ObjectARX函数库,也可以使用基于Net的AutoCAD托管函数库。
本文基于AutoCAD2007平台,采用C#语言和Net托管函数库,实现重建实体模型和将其转换为表面模型,使用ObjectARX中的Acbr函数库处理实体模型的三角形网格划分。
为了清楚阐述其实现过程,本节以一个IfcProd-uct派生类实例的几何实体模型重建作为研究对象,由于方法对于任何IfcProduct派生类实例是通用的,因此通过遍历全部实例便可以实现对整个BIM模型的几何数据处理。
重建几何实体模型的流程如图2所示。
图1建筑构件与几何模型的集成万方数据基于IFC曲BIM三维几何建模及模型转换43是图2重建几何实体模型的流程首先,读取几何实体模型数据,数据可以来自IFC文件也可以来自BIM数据库。
BIM的实体几何数据以IFC几何资源实体表达,实体分为表示运算符的实体和表示几何图元的实体,构成由运算符和几何图元组成的二叉树结构,最终表示的实体模型便是通过遍历该二叉树并进行坐标变换得到的结果。
因此需要通过分析几何实体将其解析成几何操作和几何图元。
由于二叉树具有多层嵌套关系,对于一个上层的几何操作可能需要首先调用底层的几何操作,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 IFC BIM 三维 几何 建模 模型 转换 精品 文档