隨著技術發展,跨界融合已經不是新鮮事物,近兩年BIM、PIM+GIS一張圖的提出,給行業注入了一股清流。
為GIS行業發展帶來了新的契機,同時也帶來了一些新的挑戰。面對挑戰,本文將剖析BIM、PIM+GIS應用過程中遇到的難點以及應對方法。
首先我們要分析BIM與GIS的各自特點;
1).BIM、PIM注重微觀、注重細節,GIS偏向巨集觀,
以一棟樓為例,BIM資料的模型數量(個體)可達到100萬個物件數量【物件的概念:每一個物件是一個獨立的個體,具有可編輯、可以測量、有獨立屬性】
以一個工廠為例,一個發電廠的模型數量可達到500萬個物件。
2).BIM、PIM座標系獨立(無地理資訊屬性)
3). BIM、PIM資料側重管理,可溯源。
4). BIM、PIM可測量,對精度要求高。
5).BIM、PIM的技術特點:引數化,輕量化,可編輯。
結合以上特點,把BIM、PIM接入到GIS中要解決的如下問題:
1.座標轉換、資料精度問題
無論是BIM、PIM、GIS都需要解決這樣這個問題,尤其是將資料送到顯示卡進行繪製,很多顯示卡對雙精度(double)支援不好,計算效能價差,移動端的顯示卡
設計上就不支援雙精度計算。
GIS :因為座標較大,單浮點已經無能為力,只能採用雙浮點計算(double),在傳遞給顯示卡前需要消除大座標 【傳統解決大座標辦法】
BIM、PIM:未引入GIS前,因為座標範圍較小,基本上用單精度進行繪製不會出現失真的情況。
引入GIS後,因為增加了地理位置屬性,座標與GIS座標一致,變大,單精度已經無法滿足需求,當然也可以採用【傳統解決大座標辦法】。
帶來的問題:繪製的物件數有限,當物件數量超多10萬個【傳統解決大座標辦法】顯得無能為力。
2.資料量問題
上文中提到,一般的BIM、PIM模型物件數量是極大的,物件數是百萬級別的,而且特別的集中,這給CPU、GPU帶來了新的挑戰。
當然,這個難不倒攻城獅們,傳統的解決辦法:
1. 降低物件數量,很多模型100萬個物件的模型被處理成只有不到10000個物件,這樣大大的
降低了CPU的管理成本,可以實時的採用CPU裁剪,然後在將資料送到顯示卡執行。然而這種辦法一直都有一個缺點:模型的顆粒度降低了,
無法滿足更低階別的管理。
2. 按需載入,這種辦法降低了載入模型的數量,把模型按照功能組排序分組,只展示特定的功能組資料。這種辦法,使用者只能看到部分模型。
3. 動態裁剪,採用LOD演算法,這種演算法比前面兩種都要優秀,可以很大程度提升系統的吞吐量,一般優秀的系統可以支撐100萬個物件實時展示。
遇到大體量的模型也無能為力了。
綜上所述,不管採用什麼樣的技術方案-資料量停留在“百萬物件”資料量的級別上,但現在數字化大趨勢下,全網一張圖的提出,資料遠超過“百萬級別”
筆者接觸過的資料量,最大單體BIM資料量達到600萬級別。
3.模型格式問題
BIM、PIM模型多數是引數化的,引數化的優勢,可測量,可計算,可複用
傳統模型的概念已經不能滿足BIM的應用【模型是由三維點線面組成的方式】,這種模式下計算分析是不準確的。
例如:當我們需要計算兩個管道之間的最小表面距離,採用傳統的三角形mesh方法得出的結果是偏大的,如下圖所示:
無論如何對管道表面進行三角細化,都只能是近似模擬,無法精確的計算表面積最短距離。這就是引數化模型的一個突出的優點
我們用表面光滑的圓柱-標識該模型是引數化的,用以區分。
計算體積,質心,物理模擬模擬等引數化的模型計算更加的科學準確。
4. 輕度編輯能力
目前國產化BIM+GIS將精力主要集中在表現上,畫質上而忽略了核心應用,筆者對輕度編輯做如下定義(遊戲中的場景編輯能力):
1). 修改調整模型的材質屬性;
2). 修改模型的位置屬性,6自由度資訊即旋轉、縮放、平移;
3). 修改模型的附加屬性,工程應用中極具價值的要素;
4). 模型的合併;
5). 動畫製作;
6). 場景編輯控制.
綜上所屬,在BIM、PIM+GIS結合上,技術上難以解決的兩個問題:
1.大座標的計算精度問題
後續筆者將總結現有的解決大座標的方法,並說明其優點與缺點
提出新的更高效能的解決大座標的方法。
2.引數化計算問題
後續專題論述
3.輕度編輯
後續專題論述