几何造型在建筑产品建模的地位与作用

2022年7月27日BIM知识0阅读模式
几何造型在建筑产品建模的地位与作用

——节选自《BIM建模软件原理》

周志、赵雪锋著

1、面向对象的信息模型

利用计算机进行建筑产品的设计、分析、施工工艺设计和施工项目管理等工作的技术基础是对建筑产品的数字化描述,BIM 时代的产品描述以信息模型为基础。

所谓模型(Model)是一种描述对象(Object)的数据、数据组合及数据间的关系的技术、理论与方法,BIM 模型是基于面向对象理论所创建的对象模型,内部按一定的数据结构存储并封装了数据与算法,是一种内嵌了一个图形对象的构件模型,其中图形的创建与表达是 BIM 建模软件的核心技术之一。

2、图形在计算机内的表达

目前计算机中表达图形的方法有两种。一种是点阵法,把图形用点阵来表示,点阵中的点都具有一定的灰度、亮度和色彩,最终表现为显示器上像素的位置、色彩与明暗,因而也叫像素图形,简称图像。另一种是参数法(这个参数是图形学的参数法而不是 CAD 的参数化建模),在 GIS 理论与图形学中称为对象法或实体法,是通过在计算机内部记录图形的形状参数与属性参数来表达图形的一种方法。其中形状参数是指描述物体的形状和大小的参数。如线段的起点和终点等;属性参数是指颜色、线形等非几何属性。通常我们把用参数法描述的图形叫做参数图形,简称图形。

在各种 CAD、BIM、计算机图形学以及各种其它三维软件中,图形已经被专指参数 法的图形。构成图形的要素有两个,一种是刻画图形形状的点线面等几何要素,另一 种是几何元素的显示属性,包括明暗,灰度,色彩等非几何要素,也包含线型等几何要素的表达方式,对于三维实体则是其表面属性。

3、图形在 BIM 建模软件中的作用

当代的 BIM 建模软件虽然是以面向对象思想为支撑,但受技术发展水平所限,不 能也没有必要为所有信息都建立一个对象,往往把图形作为一个对象处理,把图形对象 嵌套于构件模型之上,材质、精度、功能、工艺等各种非图形信息都以属性的方式加载 于构件模型之上,而在制造业的高端 CAD 中已经有把功能、工艺等信息建为对象的技 术,这种技术是 DFX(面向功能的设计)的技术支撑。图形对象中又嵌套了一组几何模型对象,各种非几何信息有的用属性处理,比如线 条长度与粗细等,有的信息则建为一个独立的对象嵌套于图形对象之中,例如表面填充 图案与线型等

其中几何信息是 BIM 建模软件的关键技术,是用几何模型描述的产品对象的形状、大小、位置等几何和拓扑信息的组合。建立对象几何模型的过程,被称为几何造型,有的文献称之为几何建模。

4、几何造型技术的作用

几何造型技术主要处理三种问题:一是对实际存在的形体进行数学描述,二是创建一个新的形体,调整变量满足既定目标,第三则是直观形象地表示出所建模型的图形,即图形显示。其工作实质是以计算机能够理解的方式,用数学方法精确定义实体(三维 图形),以一定的数据结构表达,从而在计算机内部构造一个图形实体的模型。通过这种方法定义、描述的几何实体必须是完整的、唯一的,而且能够从计算机模型上提取该 实体生成过程中的全部信息,或者能够通过计算分析自动生成某些信息。几何造型产生的模型是对几何实体确切的数学描述或是对产品某种状态的真实模拟,能够为各种不同的后续应用提供信息,实现定义、描述、生成几何模型、并能进行交互编辑。

目前世界上比较流行的几何造型系统主要是美国 Spatial Technology Inc.的 ACIS(目前已经被法国达索公司收购)、英国 Electronic Data Systems 公司的 PARASOLID(现属于 Unigraphics Solutions Inc)。

从 20 世纪 70 年代初以来,几何造型技术已经获得了长足进步,但也仍有不少问题还没有解决或很好地解决,比如几何信息、拓扑信息和其它特征属性的快速录入问题、几何造型过程与设计过程的一致性问题以及不同软件的数据共享与协同设计问题。这些问题导致当前 BIM 建模软件的数据结构非常复杂,各种软件功能的开发与实现受几何造型软件限制,必须开发大量的额外模块弥补几何造型软件的不足,开发成本极高,工作效率还比较低下。本章并不探讨各种前沿造型理论与图形学算法,仅就当前主流 BIM 建模软件实际采用的几何造型机制与基本原理进行简单的介绍。

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