CN113901062B

CN113901062B - 一种基于bim和gis的预加载系统

Info

Publication number: CN113901062B
Application number: CN202111479890.5A
Authority: CN
Inventors: 陆启荣; 王凯; 孙佳滨; 周博文; 郑纯伟; 马嵩
Original assignee: Zhejiang Gaoxin Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Gaoxin Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2041-12-07
Also published as: CN113901062A

Abstract

一种基于BIM和GIS的预加载系统，包括通信连接的渲染服务器和存储服务器，渲染服务器包括处理器和存储有计算机程序的存储介质；当所述计算机程序被处理器执行时，实现如下步骤：获取漫游高速公路的预设N个时刻处的K个预加载视点位置VP；遍历BIM索引，如果索引BIMⁱ的Bminⁱ和Bmaxⁱ均位于VP_j的对应视锥内，则将BIMⁱ对应的BIDⁱ添加到VP_j的BIM模型索引列表IDX_j中；当视点漫游到VP_j‑1时，且IDX_j中对应的BIM模型不存在于渲染服务器的缓存中时，从存储服务器中加载IDX_j中对应的BIM模型到渲染服务器的缓存中；当视点漫游到VP_j时，渲染IDX_j中对应的BIM模型。本发明能够提高加载效率和降低性能配置。

Description

一种基于BIM和GIS的预加载系统

技术领域

本申请涉及智慧高速领域，具体涉及一种基于BIM和GIS的预加载系统。

背景技术

目前，高速公路覆盖区域为狭长形地带，采用无人机倾斜摄影配合自动化三维建模软件建立三维实景模型，采用BIM建模技术对主线道路、互通立交、匝道、收费站、服务区等道路主体设施，护栏、立杆、防炫板、穿越跨等道路附属设施，以及情报板、监控、卡口、广播等设备建立精细三维模型。通过三维倾斜摄影和 BIM 相结合，构建了从全线到路段车道、从主体设施到单体设备的覆盖面广、颗粒度高的一体化基础三维场景。

BIM模型的呈现包括两个部分，第一、BIM模型的加载，第二、BIM模型的渲染，这两部分都比较消耗系统资源，为满足实时性的要求，需要较高的硬件资源配置。高速公路漫游场景中，视点具有规律的移动，因此考虑并行处理的情况，降低硬件资源需求。

发明内容

针对上述技术问题，本申请采用的技术方案为：

本申请提供了一种基于BIM和GIS的预加载系统，包括通信连接的渲染服务器和存储服务器，所述渲染服务器包括一个或多个处理器和存储有计算机程序的存储介质；其中，所述渲染服务器中存储有GIS信息和BIM索引=（BIM¹，BIM²，…BIMⁱ，…，BIM^M），其中，M是BIM索引的数量，i的取值范围为1到M；所述存储服务器中存储有与M个BIM索引关联的M个BIM模型；BIMⁱ包括BIDⁱ、Bminⁱ和Bmaxⁱ。Bminⁱ=（min(Xⁱ)，min(Yⁱ)，min(Zⁱ)），Bmaxⁱ=（max(Xⁱ)，max(Yⁱ)，max(Zⁱ)），其中，Xⁱ，Yⁱ，Zⁱ分别为BIM模型i包括的所有点沿X轴、Y轴和Z轴方向的坐标；

当所述计算机程序被处理器执行时，实现如下步骤：

S100，获取漫游高速公路的预设N个时刻处的K个预加载视点位置VP=（VP₁，VP₂，…，VP_K）；

S200，对于任一预加载视点位置VP_j，遍历BIM索引，如果索引BIMⁱ的Bminⁱ和Bmaxⁱ均位于VP_j的对应视锥内，则将BIMⁱ对应的BIDⁱ添加到VP_j的BIM模型索引列表IDX_j中，j的取值为1到K；

S300，当视点漫游到VP_j-1时，且IDX_j中对应的BIM模型不存在于渲染服务器的缓存中时，从存储服务器中加载IDX_j中对应的BIM模型到渲染服务器的缓存中；

S400，当视点漫游到VP_j时，渲染IDX_j中对应的BIM模型。

本申请至少具有以下技术效果：考虑到在高速公路漫游场景中，视点具有规律的移动，本申请在预加载视点位置预先加载BIM模型的索引，当视点漫游到当前预加载视点位置时，提前将下一个预加载视点位置对应的BIM模型进行加载，使得当视点漫游到下一个预加载视点位置时，实时加载的BIM模型比较少，能够提高加载率，降低硬件资源需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的视点位置位于高速公路的中心线上的示意图。

图2为本申请一实施例提供的视点位置位于高速公路的边线上及视点位置对应的视锥的示意图。

图3为本申请一实施例提供的视点位置位于高速公路的中心线但是视野长度大于视点的视野长度的示意图；

图4为本申请实施例中的预加载线的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供一种基于BIM和GIS的预加载系统，包括通信连接的渲染服务器和存储服务器，所述渲染服务器包括一个或多个处理器和存储有计算机程序的存储介质。

进一步的，所述渲染服务器中存储有GIS信息和BIM索引=（BIM¹，BIM²，…BIMⁱ，…，BIM^M），其中，M是BIM索引的数量，i的取值范围为1到M。

进一步的，所述存储服务器中存储有与M个BIM索引关联的M个BIM模型，任一个BIM模型i包括唯一标识BIDⁱ和BIM模型数据i。

进一步的，BIMⁱ包括BIDⁱ、Bminⁱ和Bmaxⁱ。Bminⁱ=（min(Xⁱ)，min(Yⁱ)，min(Zⁱ)），Bmaxⁱ=（max(Xⁱ)，max(Yⁱ)，max(Zⁱ)）。其中，Xⁱ，Yⁱ，Zⁱ分别为BIM模型i包括的所有点在三维坐标系例如世界坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的坐标。

进一步的，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如下步骤：

步骤S100，获取漫游高速公路的预设N个时刻处的K个预加载视点位置VP=（VP₁，VP₂，…， VP_K）。其中，漫游高速公路根据GIS信息生成。

N个预设时刻可预设设置，例如，可用户自定义设置。在本申请实施例中，视点位置是指漫游高速公路上的漫游主体的视点位置例如双眼所处的位置。由于高速公路上视点移动方向、速度v和时间间隔∆t相对确定。在高速公路上，正常情况下，速度不会进行突然变化，方向也不会进行突然改变，因此K个预加载视点位置可基于预先设置的参考初始视点位置和预设的约束条件确定。在本申请实施例中，预加载视点位置是用于预加载BIM模型的位置。以下参考优选的实施例对本申请的预加载视点位置的确定方式进行说明。

（实施例1）

K个预加载视点位置的投影位于高速公路的中心线上，如图1所示。当给出初始预加载视点位置时，其在高速公路的中心线上的投影位置的坐标为（x0，y0，z0）时，可根据视点移动速度v和时间间隔∆t得到下一个预加载视点位置在中心线投影位置的坐标为（x0+v*∆t*sina，y0，z0），进而可得到对应的预加载视点位置的坐标（x0+v*∆t*sina，y0，z0+h），h为视点距离高速高度的高度。在该实施例中，K=N，a为预加载视点投影位置与中心线的切线和Y轴的夹角。

在该实施例中，预加载视点位置的视锥如图1中的虚线部分所示。该视锥的锥角为视点的视野角度θ和视野长度L0，视野角度θ和视野长度L0为视点的实测值。

（实施例2）

K个预加载视点位置的投影位于高速公路的两侧的边线上，如图2所示，在该实施例中，K=2N，即每个时刻对应两个预加载视点位置。与前述实施例相类似，每个边线上的预加载视点位置可基于预先设置的初始预加载视点位置、视点移动速度v和时间间隔∆t得到下一个预加载视点位置在中心线投影位置，从而得到每个预加载视点位置的实际位置。

在该实施例中，每个预加载视点位置的视锥如图2中的虚线部分所示。该视锥的锥角为视点的视野角度θ和视野长度L0。

（实施例3）

K个预加载视点位置的投影位于高速公路的中心线上，每个预加载视点位置的视野长度L大于视点的视野长度L0，如图3所示。

在该实施例中，每个预加载视点位置的视锥如图3中的虚线部分所示，该视锥的锥角为视点的视野角度θ和视野长度L=L0+L1。如图3所示，L1=ctg（θ/2）*W/2，W为高速公路的宽度。

与前述实施例相类似，在该实施例中，可基于预先设置的初始预加载视点位置、视点移动速度v和时间间隔∆t得到下一个预加载视点位置在中心线投影位置，从而得到每个预加载视点位置的实际位置。

步骤S200，对于任一预加载视点位置VP_j，遍历BIM索引，如果索引BIMⁱ的Bminⁱ和Bmaxⁱ均位于VP_j的对应视锥内，则将BIMⁱ对应的BIDⁱ添加到VP_j的BIM模型索引列表IDX_j中，j的取值为1到K。

根据S100确定所有预加载视点位置后，可在渲染服务器中为每个预加载视点位置设置对应的BIM模型索引列表IDX，每个预加载视点位置的BIM模型索引列表的初始值为空集。本领域技术人员知晓，现有技术中的任何判断点在视锥内的判断方法均属于本发明的保护范围。

在预加载视点位置采用实施例1的方式时，通过步骤S200，能够在对应视锥内预加载BIM模型，使得在漫游过程中，真实视点位于预加载视点位置的左侧还是右侧时，均能看见大部分的BIM模型，只需要少量的实时加载BIM模型，相比于现有的完全实时加载方式，能够降低硬件需求。

在预加载视点位置采用实施例2的方式时，与实施例1相比，由于具有两个视锥，视锥范围更大，能够预加载更多的BIM模型，使得实时加载量更低，能进一步地降低硬件需求。

在预加载视点位置采用实施例3的方式时，与实施例1相比，视锥范围更大，能够预加载更多的BIM模型，使得实时加载量更低，能进一步地降低硬件需求。与实施例2相比，只需计算一个预加载视点位置，能够减少计算量。

S300，当视点漫游到VP_j-1时，且IDX_j中对应的BIM模型不存在于渲染服务器的缓存中时，从存储服务器中加载IDX_j中对应的BIM模型到渲染服务器的缓存中。

在本申请实施例中，可以知晓的是，当j=1时，视点处于初始视点位置。在本申请实施例中，在真实漫游过程中，视点并不是严格按照预加载视点位置进行移动，因此，视点漫游到某个预加载视点位置并不是指真实视点位置刚好位于该预加载视点位置处，而是指跨过或者位于该预加载视点位置对应的预加载线。在本步骤中，视点漫游到VP_j-1时是指视点跨过或者位于预加载视点位置VP_j-1对应的预加载线。

在预加载视点位置的投影位于高速公路的中心线上时，预加载线为预加载视点位置的投影位置点与高速公路的中心线的切线的垂直线，如图4所示，该垂直线与公路两侧的交点为A和B。如图4所示，只要真实视点位置跨过直线AB或者位于直线AB上，即可认为真实视点位置漫游到该预加载视点位置。

在预加载视点位置的投影位于高速公路的两侧的边线上时，预加载线为左右两个预加载视点位置的投影位置点之间的连线CD，如图4所示，只要真实视点位置跨过直线CD或者位于直线CD上，即可认为真实视点位置漫游到该预加载视点位置。

本领域的技术人员可以知晓，可以根据现有的方法来判断真实视点位置是否跨过或者位于预加载线。

步骤S400，当视点漫游到VP_j时，渲染IDX_j中对应的BIM模型。本领域技术人员知晓，可以采用现有技术中的任何渲染方法来渲染IDX_j中对应的BIM模型。

本申请实施例中，通过步骤S100-S300，VP_j的预测具有极高的准确性（显然，预测对了时并行，预测错了时浪费），因此通过预取方式，能够使得加载与渲染的过程近似于并行，在相同性能的情况下，降低硬件需求。

进一步地，步骤S200进一步包括：

步骤S210，自VP₁开始遍历VP，如果VP_j对应的BIM模型!=Null，执行S220；如果VP_j对应的BIM模型=Null，继续从VP_j+1开始遍历，直至VP_K。

具体地，在遍历任一预加载视点位置时，处理器将当前的预加载视点位置的坐标发送给存储服务器，存储服务器基于接收到的坐标信息确定该位置是否能够看见BIM模型以及能够看见多少个BIM模型，如果能够看到，则将看见的BIM模型发送给处理器。

步骤S220，如果IDX_j ^k位于IDX_j+1内，那么设置IDX_j ^k对应的BIM模型保留标志R_j ^k为“保留”，否则，设置IDX_j ^k对应的BIM模型保留标志R_j ^k为“非保留”。其中，IDX_j ^k为IDX_j内第k个BIM索引，k的取值范围为1到S，S为IDX_j内的索引数量。在本申请一个示意性实施例中，“保留”可用标识值1表示，“非保留”可用标识值0表示，但并不局限限于此，可根据实际需要进行设置，例如，保留”用标识值0表示，“非保留”用标识值1表示。

进一步地，本申请实施例中，S400之后还包括：

步骤S500，当视点漫游到VP_j+1时，如果R_j ^k为“非保留”，则将IDX_j ^k对应的BIM模型在渲染服务器中的缓存中释放；如果R_j ^k为“保留”，则IDX_j ^k对应的BIM模型继续进行渲染。在高速公路漫游的场景中，BIM模型通常会沿着视点移动的方向顺序加载，且不会往复，本申请实施例通过采用S200和S500的方式，即在视点漫游时，如果当前预加载视点位置和下一个预加载视点位置需要加载的BIM模型有相同的部分，则将当前预加载视点位置中的相同的BIM模型保留，在真实视点漫游到下一个预加载视点位置时，将不相同的BIM模型在缓存进行释放，相同的BIM模型在缓存内进行加载渲染，如此，能够以较小的渲染服务器的缓存空间达到较高的预先加载准确率。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本申请的范围和精神。本申请开的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种基于BIM和GIS的预加载系统，其特征在于，包括通信连接的渲染服务器和存储服务器，所述渲染服务器包括一个或多个处理器和存储有计算机程序的存储介质；其中，所述渲染服务器中存储有GIS信息和BIM索引=（BIM¹，BIM²，…，BIMⁱ，…，BIM^M），其中，M是BIM索引的数量，i的取值范围为1到M；所述存储服务器中存储有与M个BIM索引关联的M个BIM模型；BIMⁱ包括BIMⁱ的唯一标识BIDⁱ、Bminⁱ和Bmaxⁱ；Bminⁱ=（min(Xⁱ)，min(Yⁱ)，min(Zⁱ)），Bmaxⁱ=（max(Xⁱ)，max(Yⁱ)，max(Zⁱ)），其中，Xⁱ，Yⁱ，Zⁱ分别为BIM模型i包括的所有点沿X轴、Y轴和Z轴方向的坐标；

当所述计算机程序被处理器执行时，实现如下步骤：

S400，当视点漫游到VP_j时，渲染IDX_j中对应的BIM模型。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述K个预加载视点位置的投影位于高速公路的中心线上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，K个预加载视点位置的投影位于高速公路的两侧的边线上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，K个预加载视点位置的投影位于高速公路的中心线上，每个预加载视点位置的视野角度等于视点的视野角度，每个预加载视点位置的视野长度大于视点的视野长度。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每个预加载视点位置的视野长度L=L0+ctg（θ/2）*W/2，L0为视点的视野长度，θ为视点的视野角度，W为高速公路的宽度。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，步骤S200还包括：

S210，自VP₁开始遍历VP，如果VP_j对应的BIM模型!=Null，执行S220；如果VP_j对应的BIM模型=Null，继续从VP_j+1开始遍历，直至VP_K；

S220，如果IDX_j ^k位于IDX_j+1内，那么设置IDX_j ^k对应的BIM模型保留标志R_j ^k为“保留”，否则，设置IDX_j ^k对应的BIM模型保留标志R_j ^k为“非保留”；其中，IDX_j ^k为IDX_j内第k个BIM索引，k的取值范围为1到S，S为IDX_j内的索引数量。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，S400之后还包括S500：

S500，当视点漫游到VP_j+1时，如果R_j ^k为“非保留”，则将IDX_j ^k对应的BIM模型在渲染服务器中的缓存直接进行加载；如果R_j ^k为“保留”，则将IDX_j ^k对应的BIM模型在渲染服务器的缓存中释放。