基于三维轻量化模型漫游方法研究

刘立峰，李 梦，黄 勇

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

0 引言

在工程成果汇报展示、项目设计方案评审过程中，为了进一步的了解工程项目信息[1]，需要对项目总体布置、细部模型构件属性信息、关联文档浏览查看以及对模型细部结构进行剖切、测量、标注等手段来实现，有助于项目参建方对设计方案的深入理解，为用户提供优越的视觉效果和体验[2-3]。当前传统的做法是通过相关视频动画软件制作相应场景的漫游视频配合相应的图片场景来实现交互式漫游或者基于VR/AR技术的虚拟现实应用[4-5]，其中漫游路径、模型构件属性、关联文档、剖切、测量、标注等数据信息相对固定，漫游路径、模型构件属性信息、关联文档的关注点稍有改变均需要重新制作漫游视频动画；另外一种传统做法是只能单纯的漫游，漫游过程中不能查看模型相关信息，如果查看模型相关信息，漫游会中断，继续漫游需要再次调整相关场景才能达到想要展示的预期效果。漫游的交互性和灵活性相对较差，为此，本文探索出了一种基于三维轻量化模型自定义路径漫游方式，既可以自定义漫游路径，又可以在漫游中途暂停对模型进行相关操作的方法，还可以在自定义漫游场景增加新的漫游场景内容，使得漫游方式更加灵活，人机交互性更加友好，充分发挥三维轻量化模型在工程应用中的延伸价值[6]。本文将以某水电工程主厂房至开关站自定义路径漫游制作为例详细介绍具体的实现过程。

1 漫游方法设计

制作漫游方法设计的逻辑链条较长，且环环相扣，其逻辑关系见图1。

制作漫游方法执行以下主要步骤：

步骤1：将需要浏览查看的相关模型构件含属性信息导入，通过编码映射建立模型构件与关联文档之间的关联关系。

步骤2：根据预想浏览查看相关三维模型的漫游路径，在三维模型场景中预定义一系列视角作为漫游点，根据定义的漫游点的先后顺序生成一条多段线作为漫游路径，也可以在三维设计软件中制作好漫游路径，直接导入到路径漫游中。

步骤3：设定漫游时长，根据生成多段线总长度与设定的漫游时长计算漫游平均速度，沿着多段线根据平均速度移动摄像机进行漫游。

步骤4：漫游播放时以一个移动的小飞机沿着漫游路径线进行漫游，漫游过程中可以随时暂停，对模型进行放大、缩小、测量、批注、剖切、查看模型构件属性及关联文档等相关操作，对模型完成相关操作后，继续漫游时，自动回到暂停前的模型视角继续漫游，直到预设的漫游时间和漫游路径走完，从而浏览查看三维模型相关信息。

2 漫游场景构建

2.1 模型轻量化转换

笔者在React框架下，采用WebGL技术在HTML5页面上开发了基于轻量化模型的直线剖切方法，建成了Web端系统平台。进入Web端系统的轻量化模型数据是经过模型轻量化转换工具处理后的三维设计模型数据信息，开发的模型轻量化转换工具，将多格式三维设计软件设计成果数据转换为统一的轻量化.b3d数据格式，并且可以将模型的几何型体数据、非几何数据信息、模型组织结构等信息一并转换到轻量化模型中，支持当前主流的三维设计软件平台，包括达索的CATIA、欧特克的Revit、本特利的MicroStation，AVEVA的PDMS、西门子的UG等三维设计成果模型轻量化转换，模型轻量化转换工具见图2。模型轻量化转换工具实现高压缩比，最高压缩比达到81∶1，而模型数据展示应用效果不受影响。某水电项目各专业三维设计模型轻量化前后对比，见表1。

表1 某水电项目模型轻量化对比表

2.2 模型上传Web端系统

利用模型轻量化工具将三维设计模型转换为轻量化格式，上传到开发的Web端系统，在Web端系统中可以看到模型组织结构以及模型属性信息，建立模型与文档之间的关联关系，只要在模型结构树上选择或者在模型构件上选择，均能浏览该模型构件的属性信息以及与该模型构件关联的文档信息，实现数—模之间双向查询，并且支持文档在线打开浏览功能，有助于进一步了解该部位模型相关的数据信息，构建完成的漫游场景见图3。

3 自定义路径漫游实现

3.1 漫游制作

本文以某水电工程从主厂房经母线洞、主变洞、出线竖井，最后到开关站为例，详细介绍了漫游制作步骤。

1)在项目模型管理界面中选择加载漫游场景模型。

用户根据漫游场景制作需要通过Web端系统加载所需三维模型场景，见图4。

2)制作漫游路径。

点击路径漫游命令按钮。在路径漫游对话框中，点击“新增路径漫游”填写路径漫游名称(主厂房—母线洞—主变洞—出线竖井—开关站)；设置漫游时间(140 s)，即本路径漫游播放的总时间长度；漫游排序(3)，即本路径漫游在当前漫游列表中的排序。路径漫游将添加到路径漫游列表中，点击漫游路径名称使其展开，在三维模型场景中调整好相应的漫游视角，点击“新增漫游点”按钮添加漫游点到路径漫游序列中，可对漫游点名称和漫游点排序进行编辑。按照预设的路径漫游线路，利用新增漫游点命令依次新增漫游点，直到路径漫游终点为止，也可以通过导入漫游路径的方式将漫游路径导入软件平台，新建路径漫游见图5。

3)漫游点编辑。

鼠标移动到需要编辑的漫游点上，可以将漫游点上移、下移、编辑、删除，为了达到漫游预期效果，需要对漫游点进行相关编辑，见图6。

4)插入漫游点。

根据漫游场景制作需要，在某个漫游点后插入新的漫游点时，选择需要在其后插入漫游点的漫游点，使其处于选中状态，然后在漫游场景中调整好相应的漫游视角，点击“新增漫游点”命令按钮，在新增漫游点对话框中，勾选“插入到选中漫游点之后”，将在漫游点后插入新生成的漫游点，见图7。

5)漫游场景更新。

在已制作完成的路径漫游场景，需要变更三维模型时，点击加载模型按钮，选择需要更新后的模型场景，进行加载漫游场景模型，选择对应的路径漫游名称，点击“编辑”命令，然后勾选“更新漫游模型”，点击确定，即可将漫游场景模型进行更新，之前制作的漫游路径不会改变，在漫游路径上会出现更新后的三维场景模型，如图8所示。

3.2 漫游应用

1)进入Web端系统，点击路径漫游命令按钮，弹出路径漫游对话框，在对话框中选择需要播放的路径漫游名称后点击漫游播放按钮，系统开始自动加载该路径漫游制作时的三维模型场景，并自动播放路径漫游，在漫游路径上将会出现一个小飞行器进行飞行，在屏幕上方显示当前漫游播放到的漫游点，屏幕下方显示路径漫游已播放进度百分比，见图9，方便用户随时掌握当前漫游点位置及状态。

2)在漫游播放进度百分比后点击暂停按钮，可以暂停播放路径漫游，路径漫游对话框自动弹出，开始对模型进行属性查看、文档关联查看、剖切、测量等相关操作，进一步了解模型细部结构及模型构件关联信息，及时获取相关数据信息，继续漫游时，在漫游播放进度百分比后点击播放按钮，系统自动回到暂停漫游时的视角继续漫游，点击停止按钮，结束路径漫游，暂停漫游后对模型的相关操作见图10。

4 结语

基于本文提出的一种利于制作三维漫游的方法，并且通过软件开发利用三维轻量化模型，基于WebGL图形展示技术在Web端实现了自定义路径漫游功能，用户通过自定义添加一系列漫游点来创建漫游路径，也可导入漫游路径，在播放路径漫游时可以随时暂停对模型进行剖切、测量、批注、查看模型构件属性及关联文档等相关操作，再次继续漫游时可直接回到对模型进行相关操作之前的漫游视角上，继续沿着尚未走完的路径。有效提升漫游制作的便捷性、灵活性以及漫游中模型操作的交互性，实现了三维漫游制作的精细化、高效化、灵活化，增强了用户漫游体验感的同时，支持用户对漫游场景模型操作的更多模式，进一步丰富了漫游交互体验性，该方法具有良好的推广应用前景。