BIM技术在避免管线布置冲突方面的应用研究

摘要

近年来，BIM的快速发展给土木工程建设带来了革命性的影响，工程项目的设计与施工也由传统的二维逐渐过渡到三维。同进，BIM的数据共享的思想使得工程建设参与各方能够更好地交流、沟通与协调。显著提高了工程项目建设的效率，减少了在设计与施工过程中出现错误的概率，给项目建设方带来了巨大的经济效益。
　　 在本文中，我们将对如何使用BIM数据库提供的来自于不同的专业、不同的设计部门的三维管线模型的综合性的碰撞检测作深入的研究与探讨。并通过结合MFC应用程序框架、OSG三维渲染引擎与Bullet Physics物理引擎的功能来实现三维管线间的碰撞检测功能。
　　 本文首先介绍虚拟现实技术的背景与将碰撞检测功能应用于BIM的现实意义，以及物理处理引擎的发展现状。接着对BIM的概念以及三维管线的设计作简单的概述。然后，我们将针对于三维场景的渲染与管理以及碰撞检测的算法以及物理引擎作深入的探讨。三维场景的渲染与管理的章节主要探讨了三维图形渲染管线的基本知识与着色器的基本概念与用法，以及OSG图形渲染引擎的基本的图形渲染与场景管理知识。碰撞检测的章节主要探讨了两阶段划分理论与在各阶段适用的算法分类，碰撞检测算法的基础包括包围体概念、图元测试、包围体层次、空间划分与BSP树、凸体测试等，以及Bullet引擎的相关知识。
　　 最后，本文通过结合OSG引擎与Bullet Physics引擎设计出一个具有基本的三维图形渲染与场景管理功能与碰撞检测功能的应用系统。系统着重讲述了场景数据的读写与管理、场景的组织与渲染、场景与用户的交互实现、碰撞检测的实现与结果的组织等内容。本系统在个人计算机上具有很好的稳定性，在处理大量的三维管线数据模型的渲染与碰撞检测时具有较快的速度与较高的效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景与意义

1．2 碰撞检测技术的研究现状

1．3 本文的研究目标

1．4 本文的结构安排

第2章 BIM技术的基本概念

2．1 概述

2．1．1 BIM设计理念

2．1．2 BIM技术特点

2．1．3 三维管线在技术方面的优势

2．2 三维管线系统的设计

2．2．1 建立专业模型

2．2．2 建立设备管线模型

2．2．3 管线调整避让

2．2．4 绘制成文档并出图

2．3 总结

第3章 三维图形渲染的基本理论

3．1 三维图形处理的基本理论知识

3．1．1 固定图形渲染管线

3．1．2 着色语言

3．2 OSG图形引擎中场景组织与渲染

3．2．1 结构简介

3．2．2 场景的组织

3．2．3 基本图形渲染

3．2．4 渲染状态管理

3．2．5 场景图形的工作机制

3．2．6 场景图形管理

3．3 总结

第4章 碰撞检测的基本理论

4．1 碰撞检测的概念

4．2 碰撞检测的物理处理管线

4．2．1 粗测阶段(Broad Phase)

4．2．2 细测阶段(Narrow Phase)

4．3 碰撞检测算法的基础

4．3．1 包围体

4．3．2 基本图元测试

4．3．3 包围体层次

4．3．4 空间划分

4．3．5 BSP树

4．3．6 凸体算法

4．4 Bullet碰撞检测与osgBullet简介

4．4．1 碰撞检测基本框架

4．4．2 碰撞形状

4．4．3 碰撞过滤

4．4．4 其他解决方案

4．4．5 osgBullet

4．5 总结

第5章 项目的设计与实现

5．1 应用软件系统架构

5．2 数据读写与场景组织

5．2．1 数据读写

5．2．2 场景组织与管理

5．3 模型数据在场景中的渲染与视图

5．3．1 三维透视视图

5．3．2 其他视图

5．4 对模型数据的操作与相机控制

5．4．1 场景漫游

5．4．2 对象选取

5．4．3 对象拖拽

5．5 在场景中对碰撞检测的实现

5．6 测试结果的组织与反馈

5．7 总结

第6章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 展望

致谢

参考文献