快速开发一个三维自动建模程序：自动建模+后端服务+3D Tiles

开发一个自己的三维建模工具

坐标成都，疫情+高温，出不了门，闲来无聊，给大家分享一个简单的自动化建模实现方案。

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要求：通过后端服务实现，输出3DTiles切片

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一、技术栈分析

目前，GIS行业及相关行业（数字孪生、元宇宙等）进入到当今时代赋予的红利期。不少商业公司正在不断研发和发布自己的三维软件产品，传统的GIS平台软件大厂（易智瑞、超图等）也在三维可视化及应用领域不断发力，包括传统测绘行业也在向实景三维中国转型。

从GISer人的眼中来看，支撑数字孪生和元宇宙应用的技术点无非是：

3D数据模型（底层数据结构&存储逻辑）+三维建模（数据工程&建模技术）+三维应用（软件开发&项目价值）

今天就给大家分享一个Cesium开源技术栈的一环（三维自动建模），通过调用在线建模服务（输入模型底面），实时建模，返回模型切片地址（3dTiles）。

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二、技术实现

1、搭建Nodejs+EXpress后端服务环境

需要windows开发环境、Windows服务器环境，依赖包如下：

如果需要mac、linux环境可以自行编译Cesium3DTilesConverter源码

2、开发上传接口

上传的参数：geojson数据集。84坐标系。可以是Cesium前端绘制的Geojson多边形集合。

 var geojsons = {
        "type": "FeatureCollection",
        "crs": { "type": "name", "properties": { "name": "urn:ogc:def:crs:OGC:1.3:CRS84" } },
        "features": [……]
      };

3、后端Geojson转SHP

 引入第三方包：geojson2shp，进行转换操作。

let geojson_data = JSON.parse(data);  //前端上传个geojson数据集对象
    const options = {
        layer: filename, //图层名称
        targetCrs: 4326
    }
    //geojson转shp
    convert(geojson_data, shpZip, options);

 生成的shp默认是压缩包，需要进行加压缩操作。

 let zip = new admZip(shpZip);
            zip.extractAllTo(shpPath + filename, true);

4、后端SHP转3DTiles

SHP转3DTiles。
首先在github上直接下载的Cesium3DTilesConverter.exe可执行程序，放到Nodejs运行目录下
代码执行转换操作

 // console.log("文件解压完成。");            
 let cmd = converterPath + `\Converter.exe --format gdal --input ` + shpPath + filename + ` --output ` + outputPath + filename + ` --field height --layer ` + filename;
 exec(cmd, function (error, stdout, stderr) {
     if (error) {
         console.error(error);
     }
     else {
         //记录前端传过来的参数
         var str = JSON.stringify(parm);
         fs.writeFile(outputPath + filename + "/parm.json", str, function (err, data) {
             if (err) {                          
                 console.error(err);
             }                       
         });
         // console.log("success");
         res.send({'result': httserver + '/' + filename + '/tileset.json' });//返回最终处理结果 3dtiles切片地址
     }
 });

5、开发dxf转geojson接口

针对复杂的应用需求，通过前端绘制模型底面多边形的方式不太友好，我们可以选择手动处理得到模型底面的办法。比如根据复杂的建筑设计或装修图纸，提取/绘制房屋底面CAD（转成84坐标），输出dxf文件。

//首先将dxf文件上传到nodejs运行目录 outputPath 下
if (filename.toLowerCase().indexOf('.dxf') > -1) {
 const outputPath = path.join(__dirname, 'upload/');
 const content = fs.readFileSync(outputPath + filename, 'utf-8')
 new DxfParser().parseContent(content)
     .then(result => {
         let geojson = toGeojson(result);
         //cad闭合曲线转成面
         if (geojson && geojson.features) {
             for (let index = 0; index < geojson.features.length; index++) {
                 const feature = geojson.features[index];
                 if (feature && feature.geometry && feature.geometry.type == 'LineString') {
                     if (feature.geometry.coordinates.length > 2) {
                         if (feature.geometry.coordinates[0].toString() == feature.geometry.coordinates[feature.geometry.coordinates.length - 1].toString()) {
                             feature.geometry.type = 'Polygon';
                             feature.geometry.coordinates = [feature.geometry.coordinates];
                         } else {
                             if (polyline2polygon == 'true') {  //传入参数，是否将线转成面
                                 feature.geometry.type = 'Polygon';
                                 feature.geometry.coordinates[feature.geometry.coordinates.length] = feature.geometry.coordinates[0];
                                 feature.geometry.coordinates = [feature.geometry.coordinates];
                             }
                         }
                     }
                 }

             }
         }
         
         //向前端返回dxf转geojson的结果，最好在前端做数据质检和业务逻辑控制
         res.send({
             status: true,
             message: 'File is uploaded',
             data: {
                 name: filename,
                 mimetype: dxffile.mimetype,
                 size: dxffile.size
             },
             geojson: geojson
         });
     })
}

三、示例效果

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总结

对于中小型的项目应用（三维白模），我们分享这个方案是适合的。如果要进一步提高要求，可以通过自定义Cesium的渲染着色器来实现三维模型的高级可视化，或者改写3DTiles转换工具的代码实现纹理贴图。

这里提出两个更高阶的技术应用，欢迎交流讨论：

1、BIM模型管理的难点：轻量化、分片、按需加载、模型体量太多等
基于Cesium的应用场景：可选择在revit下进行二次开发（数据质检+自动轻量化+ 动态导出模型），动态转换3DTiles切片

2、三维管线自动建模与动态更新
区别于部分GIS平台软件的动态建模路线（本质上也是采用了软件提供的三维对象进行实时渲染）。另一种方式就是事先生成好模型，再加载到GIS引擎或游戏引擎进行渲染。针对Cesium应用，限定三维管线更新频率，可以在后台实时创建三维模型fbx（可借助blender强大的python能力，根据二维管线生成三维管线），动态转换成3DTiles。

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