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基于古建筑BIM模型单体构件的实时碰撞检测研究
刘雅艳
（北京建筑大学经济与管理工程学院，北京100000）
摘要：硅撞检测技术在三维虚拟漫游中起着非常重要的作用，传统的碰撞检测算法大多基于模型对象整体进行检测，主要通过漫游对象与建筑模型整体包图盒进行碰撞检测，进而将漫游对象与具体的建筑模型每个三角网面片进行碰撞检测，这种针对于古建筑奇特复杂结构模型而言并不透用，复杂的计算使得碰撞检测很难达到实时性。为解决这一问题，提出了一种基于古建筑BIM模型单体构件的实时避检测算法，首先将漫游对象与建筑模型整体包图盒进行碰撞检测，进而与属于该建筑整体的构件模型包图盒进行并行硅推检测，从而实现实时的硅捷检测。
关键词：BIM；单体构件；硬捷检测
1概述
构建。K-DOPs包围盒是一个包围对象且所有面的法向量均来自一个固定的方向集合的凸包。对于古建筑中的同样形状的单体构件，
随着科技手段的不断更新与发展，古建筑三维模型的重建手段
变得越来越多，古建筑模型的数字化工作也在迅速地发展。此外，在建筑行业领域中，BIM技术发展越来越迅速，借助BIM思想技术方法，根据古建筑保护的需求能够很好进行古建筑数字化保护工作。由于古建筑结构奇特复杂，因此古建筑BIM模型以构件为单位，通过参数化模型去表达具体构件单体，进而组成一个完整的古建筑三维模型。
可以采用只构建一个K-DOPs包围盒，然后依据各自的位置和姿态进行对应的包围盒变换即可，这也减少了大量的运算。
对于漫游对象而言，利用相机的位置和姿态构建出一个OBB 包围盒即可。如果用户需要具体的漫游对象人物构建，则构建漫游角色的K-DOPs包围盒构建即可。
完成上述工作，开始进入具体的碰撞检测分析工作。首先遍历
古建筑三维模型最基本的一项应用就是三维虚拟漫游应用。而
所有的建筑BIM单体的AABB包围盒，与漫游对象的OBB包围盒
在三维虚拟漫游中要达到真实漫游效果，就必须要有碰撞检测功
进行检测，判断出与漫游对象相交的建筑BIM单体。进而在该建筑
能。传统的碰撞检测算法大多基于模型对象整体进行检测，主要通过漫游对象与建筑模型整体包围盒进行磁撞检测，当检测结果为是，进而将漫游对象与建筑模型每个三角面片进行碰撞检测。而这种针对于古建筑奇特复杂结构模型而言并不适用，复杂的计算使得碰撞检测很难达到实时性。
因此，本文提出了一种基于古建筑BIM模型单体构件的实时碰撞检测算法，首先将漫游对象与建筑模型整体包围盒进行碰撞检测，进而与属于该建筑整体的构件模型包围盒进行GPU并行硅撞检测，进而迅速做出碰撞反应。该方法避免了传统算法的大量碰撞
单体中并行地检测具体的单体构件模型与漫游对象的相机情况。这里可以采用具体的数据并行模型，可以借助GPU并行计算原理，采用OpenCL并行框架，或者直接借助三维引擎D3D中计算着色器进行并行计算。当确定下具体的碰撞检测结果后，相应地作出不同的碰撞反应结果即可，如果漫游对象是构建的具体人物模型，则还可以进行骨骼动画的反应。
4应用
为了验证本文的基于古建筑BIM模型单体构件的实时碰撞检测算法的可行性，编写了一套三维漫游系统，该系统依托于Visual
计算，能够很好依托于BIM模型单个参数化构件模型，实现快速实
Studio2013平台，三维引擎主要采用了DirectX3D，具体实现了三维
时性碰撞检测。
2古建筑BIM模型虚拟漫游实现
三维虚拟漫游实现主要依托于虚拟相机的设计，用户在漫游实际是一个虚拟相机在三维场景中漫游。通常情况下，计算机殖染三维对象要将三维对象坐标进行一系列变换，包括：世界变换、视图变换、投影变换、视口变换。其中变换中的视图变换矩阵的产生就必须依赖于相机的参数来设定。相机参数包含相机点位置及相机的姿态，由二者参数共同构成视图矩阵，从而使得在漫游过程中随着相机位置和要态信息的不断调整，对应三维对象作相应的三维坐标变换，因此对应的屏幕实时呈现出不同的模型画面，达到虚拟漫游的效果。
通常情况下，为了实现用户对象在漫游过程中真正达到仿真漫游效果，系统会加人实时碰撞检测，避免对象随意穿越不能穿过的物体模型。实际处理时则是虚拟构建一个包围虚拟相机的长方体包围盒作为用户对象模型，也能简单实现虚拟漫游效果。
3基于BIM模型单体构件的实时碰撞检测算法
漫游的实时碳撞检测功能
古建筑BIM模型三维漫游效果如图所示：
建筑BIM模型三维漫游效果图
5结论
本文采用基于古建筑BIM模型单体构件的碰撞检测算法，恶免了传统的直接将建筑单体的所有三角网面片与漫游对象进行相交检测的大量运算，依托于建筑模型的单体构件，采用并行碰撞检
3.1算法流程。首先，建立起场景中单个建筑对象的整体AABB
测，能够真正达到碰撞检测的实时性，实现了三维漫游的仿真效果。
包围盒，以及对应各个建筑的单体构件的K-DOPs包围盒：实时输
参考文献
[1]张祥.基于BIM的明清官式古建筑构件参数化及其转配研究[D]
入漫游对象数据，建立起OBB包围盒；进而遍历所有虚拟场景中建筑对象的整体AABB包围盒，与漫游对象OBB包围盒进行相交检
西安：西安建筑大学，2015
测，确定下与漫游对象包围盒相交的建筑单体；进而遍历该建筑物
[2]王态强，洪嘉振，杨辉,硅捷检测问题研究综速[]软件学报，1999
（5)：545551
单体的所有BIM模型单体构件的K-DOPs包围盒，分别并行与漫游
对象OBB包围盒进行相交检测：最终作出不同的磁撞反应。
3.2算法具体实现。在所有碰撞检测之前，首先构建好其体的
[3]陈学文，丑式胜，刘静华，等.基于包图盒的配准检测算法研究[1] 计算机工程应用，2005(5)：46-50
对象包围盒。对于场景中的每个建筑BIM模型单体而言，由于只用
[4]李芙玲，张理.硅捷检测技术研究[华北科技学院学报，2006(2)：
于初步检测，因此只需要利用AABB包围盒表示具体的建筑单体所在空间位置即可。
在建筑BIM模型单体的包围盒构建完毕后，接下来按照模型构建时的单体构件划分原则，分别对单体构件进行K-DOPs包围盒
万方数据
71-73.
[5]范昭炜.实时硅撞检测技术研究[D]杭州浙江大学,2003.
[6]邻益胜，丁国富，许明恒，何岂.实时硅捷检测算法综述[计算机应用研究，2008(1)：8-12