城市三维模型通用格式转换与可视化研究

目前，城市三维模型有多种数据格式，格式间相互转换除了带来较高成本以外，还会导致模型部件信息与属性信息发生变化，以及模型精度损失等不足。3D tiles格式以其WebGL渲染机制为基础，能够实现海量三维数据的快速加载，因此被作为城市三维模型数据转换的目标格式和通用格式，但在实践过程中，其三维格式数据无法直接被获取，给模型的通用性带来一定阻碍。为此，本文以某县级市商品住宅小区为例，基于开源语言与工具，探索一套城市三维模型(IFC格式)向通用格式3D tiles转换解决方案与可视化优化研究，完成了坐标转换、空间索引构建、视域剔除，以解决城市三维模型在大规模应用中存在的使用成本较高、平台与数据不兼容等问题。

随着科技的快速发展，城市三维模型逐步向语义化和拓扑化发展[1]，不仅日益成为智慧城市建设的一项重要工作， 也是构建自然资源三维立体时空数据库的重要组成部分， 在三维不动产、二三维一体化、实景三维等应用领域发挥重要作用[2]。

城市三维模型数据包含两类信息：几何信息(存储了建筑物的组成部分)、语义属性信息。IFC (Industry Foundation Classes)标准能够较好地支持模型中建筑物对象层中实体语义描述、空间定位、几何形态、属性特征、要素相互关系及演化的表达[3]。Cesium 所使用的3D tiles， 以WebGL 渲染机制为基础，能够实现海量三维数据的快速加载，因此被作为城市三维模型数据转换的目标格式，也是OGC (Open Geospatial Consortium)组织的标准化格式与通用格式之一[4]。

在三维模型建模过程中， 3D tiles 格式无法直接被获取[5]， 因此国内外多家单位与研究人员在三维模型通用格式转换及优化方面进行了探索与实践，主要有以下三个特点：1) 以Bentley 公司研发的Cesium Sandcastle 功能包为例，在实现三维格式的转换后， 将3D tiles 格式文件以URL 地址封装，转换过程完全“黑盒”，价格较为昂贵[6]；2) AutoDesk 公司研发出商用的格式工厂软件FormItConverter，在转换过程中存在三维模型的渲染效果降低和改变原模型的几何纹理等问题[7]；3) Chen 等人开发了一套开源转换方案[1]， 在转换过程中需要预先获知模型的结构信息[8]。

OBJ、IFC、glTF 等格式的模型数据在几何表达、属性信息、展示范围、和坐标系统等方面均与3D tiles 格式存在明显差异[1]，使得当前城市三维模型在大规模应用中具有较大局限。为解决城市三维模型在大规模应用中存在的使用成本较高、平台与数据不兼容、模型渲染加载慢等问题，本研究以国内某县级城市商品住宅小区为例，基于开源语言与工具，探索一套城市三维模型格式向3D tiles 转换技术流程与可视化优化方法。

2. 研究方法 以某县级市的商品住宅小区为例， 该小区包含17 幢楼， 如图1 所示， 其中1~8 幢为花园洋房、12~13幢为高层建筑(层高33 层)、14~15 幢为小高层、16 幢为售楼处、9 幢和17 幢为商铺， 本文以该小区5 幢、13 幢、15 幢三栋为例，建模软件为Revit，模型格式为IFC 2 × 3 TC，将IFC 格式的模型按照实际建筑物构件进行拆分，分解成包含模型部件属性的JSON 格式文件和包含部件几何形状信息的IFC 文件，转化