2.3 空间模型数据轻量化处理技术

传统空间模型数据一般源于桌面端BIM/3D设计软件，通常采用多个文件分别存储模型的几何信息、材质信息、纹理贴图及属性信息等，模型体量很大。在城市信息模型（CIM）范畴下，为保证海量三维空间模型数据的加载、渲染效率，需要对模型文件进行转换和轻量化处理，这需要用到空间模型数据轻量化处理技术。

空间模型数据在线轻量化处理技术针对各类BIM、3DS MAX、3D GIS等空间模型数据，通过数模分离和数据提取，统一转化为定义的空间模型轻量化数据格式，再通过LOD构造技术、实例化提取技术、纹理压缩等技术，完成轻量化数据处理过程。空间模型数据在线轻量化处理技术方案图如图2.3所示。

（1）数模分离和数据提取技术

数模分离和数据提取技术通过构建BIM和GIS数据描述的统一数据模型，定义统一的空间模型轻量化数据格式，对空间模型进行分离并提取其几何数据、构件属性数据、空间坐标等信息，完成空间数据解构。

（2）外壳提取技术

外壳提取技术基于可视域分析功能，将BIM模型的可见部分（外壳）与不可见部分（内部模型）分别存储到不同的数据集中，实现内部、外部模型的分离功能。

（3）网格化简技术

大量的BIM数据虽然能精准、详尽地还原建筑物的功能空间、几何外观及其建筑构件、零件，但这也导致大体量三维模型出现三维渲染、加载性能低下的问题。通常情况下，若三维模型存在较为复杂的构件（如桥墩、某些护栏等），这些构件都存在相当多的冗余的三角面，且对总体的模型显示效果贡献度较低。此时可以采用网格化简技术对模型的三角面进行简化，以降低浏览大体量模型时加载渲染的资源消耗。

（4）LOD构造技术

LOD构造技术使用空间索引算法（如KD树、四叉树等）并结合外壳提取、网格化简等算法对模型进行LOD构建，保证在外观形变极小的前提下大幅压缩几何信息数据量，完成多个递进轻量化等级LOD瓦片数据的轻量化处理和封装。

（5）实例化提取技术

针对多个具有相同几何信息的模型对象，采用实例化提取技术，提取共享的几何渲染数据，并对模型对象与共享渲染数据进行对应关系、转换矩阵等信息的记录，降低几何数据容量。

（6）纹理压缩技术

针对材质贴图，应使用纹理压缩技术。通过压缩算法将原有的PNG、JPEG等格式的纹理数据压缩为体积更小的图片交换格式，缩小图片存储空间。

（7）几何压缩技术

几何压缩技术旨在改善3D图形的存储和传输。几何压缩算法可以用于压缩网格和点云数据，也支持压缩点、连接信息、纹理坐标、颜色信息、法线和其他与几何相关的任何通用属性，即使用了3D图形的应用程序容量可以显著减少，而且不会损害视觉保真度。而对于用户来说，应用程序的下载和浏览器加载3D图形的速度将会更快，只需通过一小部分的带宽就可以实现传输，快速渲染出高质量的3D图形。 ECBmFUWb8A3JfLC8dQiv8FKPMy7GoWomNQE15kfaYFR2MT3Yiz6xvQXthUXIYqun