三维模型定位与较验

三维模型定位与较验

当前数字孪生（Digital Twins）概念已广泛被各个行业所接收，尤其在基础设施行业 -- 数字孪生连接现实和虚拟世界同步工作，在资产全生命周期中的合适时间运用合适数据提高可见性。三维模型以结构精细、真实表达、语义丰富等特点正被广泛运用于设计、施工、运维等阶段，地理坐标作为连接模型与现实世界的重要桥梁，对于模型的深入应用与发展起到举足轻重作用。

本文着重讲述三维模型中地理坐标的表述，包括如何查看模型的地理坐标、对模型坐标进行修改以及较验等内容。而 iTwin 中地理坐标的应用及转换可查看这里。

1. 模型地理坐标查看

1.1 利用模型设计软件

采用模型设计软件是最简单便捷的办法，此处以 MicroStation 和 Revit 两大常见建模软件为例。

1.1.1 MicroStation

MicroStation 用于丰富的地理坐标系统，包括 GIS 中常见的类型：

地理坐标系（Geographic Coordinate System）
投影坐标系（Projected Coordinate System）

打开 DGN 文件，在 Drawing -> Utilities -> Geographic -> Coordinate System,可查看当前模型的地理坐标信息，如下图所示：

当无法确定模型的地理坐标是否设定正确时，可将 背景地图 打开，如模型与真实位置一致，则表明该模型的地理坐标及模型位置设定正确。(此功能需要登录 CONNECTION Client )

更多内容可点击查看： https://communities.bentley.com/products/microstation/w/microstation__wiki/11476/geographic-coordinate-systems-microstation

1.1.2 Revit

Revit 中关于位置有以下两种：

Project Base Point (项目基点)
Survey Point (测量点)

1）Project Base Point (项目基点)

为了方便用户使用的特征点（如墙角）,通常放置在内部原点（Internal Origin）上，内部原点坐标（0, 0, 0）。考虑真实地球曲率，建模的区域范围应在项目基点的 16km 半径内，以此减少地球球体表面弯曲带来的影响。下图表示项目基点与内部原点在同一位置。

2）Survey Point (测量点)

采用常见的经纬度表达，可在 Manage -> Location Weather and Site 中定义。

测量点主要定位模型的真实地理位置，该数据通常由专业的测绘人员提供，包括以下几项关键数据（下图为 Revit 软件测量点信息展示）：

N/S: 北/南
E/W: 东/西
Elev: 高程

更多详细内容可点击 此处查看

1.2 iTwin 查看

iTwin 查看模型坐标可翻阅 iModel 地理坐标系统

2. 模型地理坐标修改

2.1 通过模型设计软件修改

通过章节 1.1 中关于地理坐标系统查看，并在相关页面进行修改。具体的操作方法如下：

2.2 通过 iTwin 进行修改

注：此功能为 Beta 版本，更多详细内容可点击 此处查看。

使用前须知：

（1）应用程序关键代码

前端设置

// Frontend
// need start up a writeable host(IPC app only)
// use one of them (https://www.itwinjs.org/learning/frontend/imodelapp/)
if (ProcessDetector.isElectronAppFrontend) {
  await ElectronApp.startup(opts);
  NativeAppLogger.initialize();
} else if (ProcessDetector.isIOSAppFrontend) {
  await IOSApp.startup(opts);
} else if (ProcessDetector.isAndroidAppFrontend) {
  await AndroidApp.startup(opts);
}

// enable edit tool
await EditTools.initialize({ registerAllTools: true });

// more info in https://www.itwinjs.org/learning/frontend/imodelconnection/
await BriefcaseConnection.openStandalone(newFilePath, OpenMode.ReadWrite); // enable write mode

后端设置

// need to use IPC host rather than RPC
if (ProcessDetector.isElectronAppBackend) {
  await ElectronHost.startup(opt);
} else if (ProcessDetector.isIOSAppBackend) {
  await IOSHost.startup({ mobileHost: { rpcInterfaces } });
} else if (ProcessDetector.isElectronAppBackend) {
  await AndroidHost.startup({ mobileHost: { rpcInterfaces } });
}

（2）iModel 为可读写的 StandaloneDb

打开的是 iModel 副本。注意 Snapshot 版本的 iModel 只适用于 只读 ，无法进行修改。不同的 iModel 区别如下：

BriefcaseDb

来自 iModelHub 的 iModel 的本地副本，可以拉取和潜在地推送变更集。
SnapshotDb

用于存档和数据传输目的的快照 iModel 数据库文件。
StandaloneDb

可用来 读写 的 iModel，通常用于小场景、单用户、非 iModelHub 管理的情形，有以下几个特点：
- contextId 的值通常为 Guid.empty
- BriefcaseId === BriefcaseIdValue.Unassigned
- 前端打开的方式为 BriefcaseConnection.openStandalone
- 可以在不提供任何用户凭据的情况下打开
- 可以以读/写方式打开
- 无法应用变更或生成变更记录（因为没有获取/推送变更集的时间线）

（3）Standalone 模型转换

将 .bim 格式 (iModel) 文件转换为 Standalone，在 iTwin.js 源码的 display-test-app 目录，按以下步骤处理：

修改 ./src/backend/SetToStandalone.ts 文件中 setToStandalone 方法

// change setToStandalone method in ./test-apps/display-test-app/src/backend/SetToStandalone.ts
log(`Setting ${iModelName} to standalone...`);
indent();

try {
  const nativeDb = new IModelHost.platform.DgnDb();
  nativeDb.openIModel(iModelName, OpenMode.ReadWrite);
  nativeDb.saveProjectGuid(Guid.empty); // empty projectId means "standalone"
  nativeDb.saveChanges(); // save change to ProjectId
  nativeDb.deleteAllTxns(); // necessary before resetting briefcaseId
  nativeDb.resetBriefcaseId(BriefcaseIdValue.Unassigned); // standalone iModels should always have BriefcaseId unassigned
  nativeDb.saveLocalValue("StandaloneEdit", JSON.stringify({ txns: true }));
  nativeDb.saveChanges(); // save change to briefcaseId
  nativeDb.closeIModel();
} catch (err) {
  log(err.message);
}

outdent();

运行脚本

编译 display-test-app 程序后，使用命令行终端运行以下命令，此操作后 iModel 将无法恢复原样。

// MyiModel.bim 从 iModelHub 或 iModelBank 下载的 iModel 副本全路径
node .\itwinjs-core\test-apps\display-test-app\lib\backend\SetToStandalone.js MyiModel.bim

（4）示例模型下载

2.2.1 可视范围调整

key-in 中键入：editor project location show

对项目原有的视图范围进行调整，调整的最大宽度不应超过 20KM，以免受到地球曲率的影响。

2.2.2 旋转

key-in 中键入：editor rotate elements
- method=0|1|2|3 How arc will be defined. 0 for center/start, 1 for start/center, 2 for start/mid/end, and 3 for start/end/mid.
- radius=number Arc radius for start/center or center/start, 0 to define by points.
- sweep=number Arc sweep angle in degrees for start/center or center/start, 0 to define by points.

旋转被选中得模型，并且接受 0-3 个参数。

模型旋转的效果如下图：

2.2.3 移动

任意移动
- key-in 中键入：editor move elements
在项目范围内任意移动模型。
当 iModel 没有定义 地理坐标系统(Geographic Coordinate System) 时，可采用以下方法调整
- 模型重新定位
  - key-in 中键入：editor project geolocation point latitude=25.0 longitude=113.0 altitude=100.0
- 正北方向调整
  - key-in 中键入：editor project geolocation north
- 模型微调
  - key-in 中键入：editor project geolocation move
  - 可通过键盘的 T/F/S 完成某一方向的调整，分别代表垂直、纵向（平行于经线）、横向（平行于纬线）
- 取消定位
  - key-in 中键入：editor project location cancel
- 保存定位
  - key-in 中键入：editor project location save

2.2.4 草图绘制

绘制的元素需在 模型范围(Project Extent) 内。

曲线
- key-in 中键入：editor create arc
B 样条曲线
- key-in 中键入：editor create bcurve
圆
- key-in 中键入：editor create circle
椭圆
- key-in 中键入：editor project ellipse
线
- key-in 中键入：editor create linestring
矩形
- key-in 中键入：editor create rectangle

2.2.5 删除

key-in 中键入：editor delete elements

选择需要删除的构件（Element）即可。

2.2.6 其他命令

全部撤销
- key-in 中键入：editor undo all
撤销上一步
- key-in 中键入：editor undo single
重做
- key-in 中键入：editor redo

Key in 调用方式可参考此处

3. 模型地理坐标验证

3.1 查看 iModel 定位信息

3.1.1 EPSG

通过 iModel.geographicCoordinateSystem.horizontalCRS 可获取 EPSG 编号，如下图所示：

3.1.2 项目范围

通过 iModel.projectExtents 可获取项目的四至范围，获取的数据为 AABB（axis-aligned bounding box）轴对齐包围盒中的极值数据，如下图所示：

3.2 检验坐标信息

3.2.1 与模型绘制人员进行核查

将 3.1 章节获取的项目范围和 EPSG 信息发送至建模技术人员进行核查

3.2.2 EPSG 信息核查

通过 http://epsg.io/ 网站自行查阅 EPSG 的应用范围，确认坐标系统是否包含模型的真实地理位置，如下图所示的 EPSG:3152 适用范围：

打开 iTwin 中的背景地图，叠加背景地图检查模型是否在正确的地理位置

4. 由坐标错误导致的情况

当模型的坐标系统与当前建模区域不一致，或与模型空间基准差异较大时，可能出现几种错误情形。

4.1 无法缩放至模型

点击 Fit View 工具后，在视图中没有显示模型。可能是由于不同模型文件间的位置差距较大引起，可尝试通过显示单个模型进行查看。

4.2 模型几何形状不规则

模型显示的几何形状异常，如多个不相干的构件叠加在一起、球体表现为锥体等情形。如下图所示：

4.3 iModel 不包含构件

模型转换失败，无法在视图中查看到模型或构件。

三维模型定位与较验

三维模型定位与较验

1. 模型地理坐标查看

1.1 利用模型设计软件

1.1.1 MicroStation

1.1.2 Revit

1.2 iTwin 查看

2. 模型地理坐标修改

2.1 通过模型设计软件修改

2.2 通过 iTwin 进行修改

2.2.1 可视范围调整

2.2.2 旋转

2.2.3 移动

2.2.4 草图绘制

2.2.5 删除

2.2.6 其他命令

3. 模型地理坐标验证

3.1 查看 iModel 定位信息

3.1.1 EPSG

3.1.2 项目范围

3.2 检验坐标信息

3.2.1 与模型绘制人员进行核查

3.2.2 EPSG 信息核查

4. 由坐标错误导致的情况

4.1 无法缩放至模型

4.2 模型几何形状不规则

4.3 iModel 不包含构件

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