【BIM】基於BIMFACE的空間拆分與合併
BIMFACE中矩形空間拆分與合併
應用場景
在BIM運維場景中，空間同設備一樣，作為一種資產被納入運維管理體系，典型的應用場景例如商鋪、防火分區等，這就涉及到空間的拆分和合併，在bimface中，已經實現了空間的動態調整，但是距離自定義的，較為直觀的空間拆分與合併，目前的處理方式還不能夠滿足業務場景的需求，於是自行完成了基於bimface的矩形空間的拆分與合併的實現過程。
先說合併
合併矩形空間的前提條件，是有兩個及以上的且相鄰的矩形空間，如果兩個空間不相鄰，也就失去了合併的意義，即使合併也不能夠表達出真實物理世界的空間結構。空間合併相對來說比較簡單，每個空間都是有一系列的有序的點圍起來的二維封閉平面，這一系列的點集暫且稱之為邊界信息點集，加上高度參數就形成了三維立體空間。相鄰的矩形空間必然會有近似重合的點，如下圖的黃圈部分，如果把這些點去掉，只保留最外圍的點（極值點，如下圖的白圈部分），就形成了一個新的有序的點集，構成了新的邊界信息，再加上合理的高度，被合併的空間就產生了。
以下是空間合併的核心代碼：
/**
* 空間合併處理管道，適用於多個規則且相鄰的矩形空間
* @param {Array} boundaryArray 空間邊界數據數組(必填)
* @param {String} id 空間唯一標識(非必填)
* @param {Number} height 空間高度(非必填)
* @param {Glodon.Web.Graphics.Color} faceColor 空間表面顏色(非必填)
* @param {Glodon.Web.Graphics.Color} frameColor 空間輪廓顏色(非必填)
* @returns {Object} 新構造的空間邊界
* @requires WebUtils
* @public
*/
mergeBoundaryPipeline: function (boundaryArray, id, height, faceColor, frameColor) {
if (!boundaryArray || !boundaryArray.length) {
console.warn("boundaryArray is empty!");
return;
}
const vertical = 1;
for (let n = 0, len = boundaryArray.length; n < len; n++) {
//第一步：整理數據，去除小數部分
let cleanData = this.cleanBoundaryData(boundaryArray[n]);
//第二步：將所有的點數據存儲至一維數組
this.storePointArray(cleanData);
}
//第三步：篩選極值點
let extremum = this.extremumBoundaryPoint(this.pointCollection, vertical);
//第四步：根據極值點構造新邊界
let newBoundary = this.buildBoundary(extremum);
this.viewer.createRoom(newBoundary, height || 5500, id || webUtils.guid(), faceColor || webUtils.fromHexColor('#ff0000', 0.25), frameColor || webUtils.fromHexColor('#ff0000'));
return newBoundary;
},
/**
* 通過頂點集合獲取極值點，以便構造新的空間邊界
* @param {Array} pointCollection 被合併前的多個空間的頂點集合
* @param {Number} direction 原空間的分隔方向 1：縱向 2：橫向
* @returns {Array} 從一系列頂點中篩選出的頂點集合
*/
extremumBoundaryPoint: function (pointCollection, direction) {
const vertical = 1, horizontal = 2;
let extremumPoint = [];
minX = maxX = pointCollection[0].x;
minY = maxY = pointCollection[0].y;
for (let n = 1, len = pointCollection.length; n < len; n++) {
pointCollection[n].x > maxX ? maxX = pointCollection[n].x : null;
pointCollection[n].x < minX ? minX = pointCollection[n].x : null;
pointCollection[n].y > maxY ? maxY = pointCollection[n].y : null;
pointCollection[n].y < minY ? minY = pointCollection[n].y : null;
}
for (let k = 0, len = pointCollection.length; k < len; k++) {
let currentPoint = pointCollection[k];
if (direction === 1) {
if (!(currentPoint.x > minX && currentPoint.x < maxX)) {
let exist = extremumPoint.some(item => {
if (item.x == currentPoint.x && item.y == currentPoint.y) {
return true;
}
return false;
})
if (!exist) {
extremumPoint.push(currentPoint);
}
} else {
// console.log("分割方向：縱向");
}
}
if (direction === 2) {
if (!(currentPoint.y > minY && currentPoint.y < maxY)) {
let exist = extremumPoint.some(item => {
if (item.x == currentPoint.x && item.y == currentPoint.y) {
return true;
}
return false;
})
if (!exist) {
extremumPoint.push(currentPoint);
}
}
}
}
//對符合條件的點集進行順時針排序，思路是找到最大和最小佔1、3索引，剩餘的兩個點隨機
return extremumPoint;
}
藍色代表原始的分離的空間，紅色代表合併後的空間效果
再說拆分
空間的拆分相對於合併就比較麻煩，因為合併只有一種方式，單拆分卻有很多種。例如，沿着相對於空間水平方向或者垂直方向切割、沿着對角線切割、斜方向切割等，要考慮多種可能性。大體的思路是，首先監聽鼠標單擊事件，獲取單擊的兩個點位置作為參數，可以計算出過該兩點的直線，有了直線方程，再分別與空間邊界的四條邊計算交點，如果交點不在邊界信息圍成的區域內則丟棄，只保留在邊界信息內的交點，如果與矩形區域相交，必然是兩個交點（與矩形頂點相交沒有意義，排除一個交點的可能），再按照拆分的類型分別計算拆分後的點集並排序，計算出兩個新的邊界點集，最終繪製出兩個新的空間。
空間拆分的核心算法如下：
/**
* 根據二維坐標點集和求解二元一次方程直線
* @param {Array} pointArray 二維坐標點集合 [{x:100,y:200},{x:200,y:400}]
* @returns {Object} 返回直線【Y = Ax + b】的斜率【A】和截距【b】
*/
resolveEquation: function (pointArray) {
let result = {
A: 0, b: 0
};
if (!pointArray || !pointArray.length) {
console.warn("parameter pointArray invalidate!");
return;
}
//解方程 Y = Ax + b 核心算法，此處考慮要不要四捨五入
let A, b
//不存在斜率
if (Math.round(pointArray[1].y) === Math.round(pointArray[0].y)) {
A = 0;
b = pointArray[0].y;
console.log("點集" + JSON.stringify(pointArray) + "對應的二元一次方程為：Y = " + b);
} else if (Math.round(pointArray[0].x) === Math.round(pointArray[1].x)) {
A = 0;
b = pointArray[0].x;
console.log("點集" + JSON.stringify(pointArray) + "對應的二元一次方程為：X = " + b);
}
//存在斜率
else {
A = (pointArray[1].y - pointArray[0].y) / (pointArray[1].x - pointArray[0].x);
b = pointArray[0].y - pointArray[0].x * (pointArray[0].y - pointArray[1].y) / (pointArray[0].x - pointArray[1].x);
console.log("點集" + JSON.stringify(pointArray) + "對應的二元一次方程為：Y = " + A + "*x + " + b);
}
result.A = A;
result.b = b;
return result;
},
/**
* 根據點集合與邊界計算交點
* @param {Object} boundary 空間邊界數據
* @param {Array} pointArray 分割點集合
* @param {Number} height 高度
* @requires RoomUtils
* @returns {Array} crossPointArray 直線與邊界交點集合
*/
findCrossPoint: function (boundary, pointArray, height) {
let roomUtils = new RoomUtils();
//整理邊界數據
boundary = roomUtils.cleanBoundaryData(boundary);
//計算分割點集所在的直線方程 Y = Ax + b
let { A, b } = this.resolveEquation(pointArray);
let pointList = boundary.loops[0];
//直線與邊界的交點集合，N條邊N個點，最終會保留兩個交點
let pointCollection = [];
let crossObjectArray = [];
for (let n = 0, len = pointList.length; n < len; n++) {
//item => 標識線段的兩端點集合 [{x:x,y:y},{x:x,y:y}]
let item = pointList[n];
let roundX0 = Math.round(item[0].x), roundX1 = Math.round(item[1].x);
let roundY0 = Math.round(item[0].y), roundY1 = Math.round(item[1].y);
let crossObject = { item: item, cross: false, crossBy: undefined };
//當邊界線是垂直直線
if (roundX0 === roundX1) {
let y = this.calculateCoordinate(A, b, item[0].x, 0);
let point = { x: item[0].x, y: y, z: height };
//如果交點Y坐標在線段兩端之間則加入到集合
if (Math.min(item[0].y, item[1].y) < y && Math.max(item[0].y, item[1].y) > y) {
pointCollection.push(new THREE.Vector3(point.x, point.y, point.z));
crossObject.cross = true;
crossObject.crossBy = new THREE.Vector3(point.x, point.y, point.z);
}
}
//當邊界線是水平直線
if (roundY0 === roundY1) {
let x = this.calculateCoordinate(A, b, 0, item[0].y);
let point = { x: x, y: item[0].y, z: height };
//如果交點X坐標在線段兩端之間則加入到集合
if (Math.min(item[0].x, item[1].x) < x && Math.max(item[0].x, item[1].x) > x) {
pointCollection.push(new THREE.Vector3(point.x, point.y, point.z));
crossObject.cross = true;
crossObject.crossBy = new THREE.Vector3(point.x, point.y, point.z);
}
}
crossObjectArray.push(crossObject);
//其他情形暫不考慮，先驗證可行性與準確性
}
return { pointCollection: pointCollection, crossObjectArray: crossObjectArray };
},
/**
* 創建拆分後的空間
* @param {Array} crossObjectArray 用於拆分空間的點集合
* @requires WebUtils
* @requires ModelHelper
* @returns {Array} 拆分後的空間邊界集合
*/
buildSplitAreas: function (crossObjectArray) {
if (!crossObjectArray) return;
console.log(crossObjectArray);
var webUtils = new WebUtils();
var modelHelper = new ModelHelper();
//標識切割邊是否相鄰
let isAdjacent = false;
let boundaryCollection = [];
//區分鄰邊還是對邊
for (let i = 0, len = crossObjectArray.length; i < len; i++) {
if (i !== len - 1 && crossObjectArray[i].cross && crossObjectArray[i + 1].cross) {
isAdjacent = true;
}
};
//首尾相接時
if (crossObjectArray[0].cross && crossObjectArray[crossObjectArray.length - 1].cross) {
isAdjacent = true;
}
console.log(isAdjacent);
//如果交點相鄰
if (isAdjacent) {
//找到切割點的公共點作為中間點構件邊界
let boundaryPoints = [];
let boundary = crossObjectArray.filter(p => { return p.cross });
//找到公共點，如果不是首尾相接，取中間，否則取兩邊
let commonPoint = webUtils.isObjectEqual(boundary[0].item[0], boundary[1].item[1]) ? boundary[0].item[0] : boundary[0].item[1];
//尋找相交線中非公共點
let leftPoint = [];
webUtils.isObjectEqual(boundary[0].item[0], boundary[1].item[1]) ? leftPoint.push(boundary[0].item[1], boundary[1].item[0]) : leftPoint.push(boundary[0].item[0], boundary[1].item[1]);
for (let k = 0, len = boundary.length; k < len; k++) {
boundary[k].crossBy.z = 0;
boundaryPoints.push(boundary[k].crossBy);
}
boundaryPoints.splice(1, 0, commonPoint);
//獲取三角側邊界對象
var boundarys = modelHelper.buildAreaBoundary(boundaryPoints);
boundaryCollection.push(boundarys);
//開始尋找另一側點集
let oppositeBoundary = crossObjectArray.filter(p => { return !p.cross });
let oppositePoint = webUtils.isObjectEqual(oppositeBoundary[0].item[0], oppositeBoundary[1].item[1]) ? oppositeBoundary[0].item[0] : oppositeBoundary[0].item[1];
//組裝另一側空間邊界
leftPoint.splice(1, 0, oppositePoint);
//點集排序
if (leftPoint[0].x === boundary[0].crossBy.x || leftPoint[0].y === boundary[0].crossBy.y) {
leftPoint.splice(0, 0, boundary[0].crossBy);
leftPoint.splice(leftPoint.length, 0, boundary[1].crossBy);
} else {
leftPoint.splice(0, 0, boundary[1].crossBy);
leftPoint.splice(leftPoint.length, 0, boundary[0].crossBy);
}
//獲取非三角側邊界對象
console.log("leftPoint", leftPoint);
var boundarys2 = modelHelper.buildAreaBoundary(leftPoint);
boundaryCollection.push(boundarys2);
} else {
let points = [];
//如果交點非相鄰（對邊）
if (crossObjectArray[0].cross) {
crossObjectArray[0].crossBy.z = crossObjectArray[2].crossBy.z = 0;
points.push(crossObjectArray[3].item[0], crossObjectArray[3].item[1], crossObjectArray[0].crossBy, crossObjectArray[2].crossBy);
boundaryCollection.push(modelHelper.buildAreaBoundary(points));
points = [];
points.push(crossObjectArray[0].crossBy, crossObjectArray[1].item[0], crossObjectArray[1].item[1], crossObjectArray[2].crossBy);
boundaryCollection.push(modelHelper.buildAreaBoundary(points));
} else {
crossObjectArray[1].crossBy.z = crossObjectArray[3].crossBy.z = 0;
points.push(crossObjectArray[0].item[0], crossObjectArray[0].item[1], crossObjectArray[1].crossBy, crossObjectArray[3].crossBy);
boundaryCollection.push(modelHelper.buildAreaBoundary(points));
points = [];
points.push(crossObjectArray[1].crossBy, crossObjectArray[2].item[0], crossObjectArray[2].item[1], crossObjectArray[3].crossBy);
boundaryCollection.push(modelHelper.buildAreaBoundary(points));
}
}
return boundaryCollection;
}
總體效果
目前的空間拆分僅限於矩形空間，因為矩形的空間在BIM運維中相對來說是比較多的，而且算法相對簡單一些，後續我們會逐漸探索非矩形空間，甚至是不規則多邊形的空間拆分與合併算法，並應用到空間資產管理與運維場景中。
作者：悠揚的牧笛
地址：//www.cnblogs.com/xhb-bky-blog/p/13500295.html
聲明：本博客原創文字只代表本人工作中在某一時間內總結的觀點或結論，與本人所在單位沒有直接利益關係。非商業，未授權貼子請以現狀保留，轉載時必須保留此段聲明，且在文章頁面明顯位置給出原文連接。
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