金波

Bentley公司基于MicroStation平台的系列软件能进行多专业、多行业三维建模，但其模型不能直接地导出到ArcGIS平台中使用。SceneLayer Package（SLPK）是ArcGIS支持的基于OGC I3S规范的国际三维标准格式，笔者通过研究SLPK格式和MicroStation三维模型，基于MicroStation进行MDL二次开发，实现了在MicroStation中三维模型直接导出成SLPK格式，以便在GIS平台中更好地应用和展示BIM模型。

MicroStation三维模型简介

MicroStation是一款工程领域常用的二三维一体化计算机辅助设计软件，Bentley公司基于MicroStation研发了一系列软件用于土木、工厂、建筑和地理信息行业，可用于创建各个专业和行业的三维模型，并附加属性信息，提供了一套广泛应用的BIM解决方案。另外MicroStation提供了SDK，用于用户二次开发以实现更多的功能。

为了更好地将BIM三维模型与GIS结合起来，ESRI公司发起了I3S规范;该规范被开放地理空间联盟（OGC）采纳为新的国际三维标准。基于I3S规范ESRI提出了三维数据格式SLPK（场景图层包）。SLPK格式能够在ESRI公司的ArcGIS Pro以及ArcGIS online中使用，发布为服务后可用ArcGIS API for JavaScript调用应用于Web。

MicroStation三维模型目前不支持直接导出SLPK格式供ArcGIS使用，筆者通过研究SLPK格式和MicroStation模型，基于MicroStation MDL二次开发，实现了在MicroStation中将模型直接导出为SLPK格式;同时为了更方便地在GIS系统中使用SLPK，在导出时添加了坐标系转换的功能，可以将模型导出为经纬度坐标或者Web墨卡托坐标等。

在MicroStation中，元素种类很多，主要分为线、面和体几类。三维模型通常属于体，极少数属于网格面。针对不同类型的三维模型，需要进行不同类型的处理。在程序中，首先需要判断三维模型的类型，主要用到不同函数。

mdlElement_getType（）可用于判断三维模型是否是网格或实体。mdlKISolid_isSolidElement（）可用于判断三维模型是否是实体或智能实体。mdlTFElmdscr_getApplicationType（）可用于判断三维模型是否属于建筑模型单元或者复合单元。

模型面三角形化

三维模型几何信息由若干个面组成，MicroStation中三维模型可能包含曲面、含圆弧的面或者多边形面，但是在SLPK格式中，三维模型目前只支持三角形面，因此，需要将MicroStation中三维模型进行三角形化，这样就能满足SLPK的要求。针对不同类型的三维模型需要进行不同的处理。

网格三角形化：网格可能全部由三角形面组成，也可能包含四边形面或多边形面，可以使用mdlMesh_copyTriangulated（）函数将网格复制并三角形化，得到的新网格中只包含三角形面。接着使用mdlMesh_getPolyfaceArrays（）函数即可获得网格各个三角形面的顶点坐标。

单元、实体和智能实体三角形化：单元、实体和智能实体都只包含单个的体，首先使用mdlKISolid_elementToBody2（）函数将元素转换成内部KISolid，再使用mdlKISolid_facetBody（）函数进行三角形化。将含曲线和圆弧的面转换成三角形面会有精度丢失，主要依据弦公差和角度公差两个参数来保证精度。

复合单元：复合单元由多个单元或智能实体组成，应使用mdlKISolid_elementToBodyList（）来将元素转换成多个KISolid，对于每个KISolid使用单元、实体和智能实体的方法来进行三角形化，最后把三角形化的面合并起来存储即可。在完成三角形化的同时，也获得了模型在当前坐标系的顶点坐标。

坐标转换、法线计算

SLPK的主要使用场合是Web，WebGIS系统常用的坐标系是网络墨卡托坐标系（EPSG：3857）和WGS84经纬度坐标系（EPSG：4326），而MicroStation建模结合地形模型总装后的坐标系通常为Beijing54、Xian80或CGCS2000的三度分带投影坐标系，因此在模型输出成SLPK格式时提供坐标系转换功能很有必要。

基于GDAL和Proj.4开源库，根据源坐标系和目标坐标系的EPSG代码，实现对坐标进行批量转换。当输入或者输出坐标系为网络墨卡托坐标系时，所使用的Porj.4版本尚不支持，需要先将坐标转换成WGS84经纬度再进行转换。当输入坐标系和输出坐标系椭球不一样时，通常坐标转换需要七参数或四参数等才能精确转换，否则转换结果平面误差可达数十米甚至上百米。但在实际试验中发现，proj.4和GDAL中已内置了相关转换参数，不同椭球的坐标转换后的结果精度较高，与网络地图套和较好，故可直接使用。假如出现了偏差较大的情况，只需对模型进行相应的移动即可。除了顶点坐标外，三维模型的显示和渲染还需要每个面的法线向量，法线的计算方式为向量叉乘。

模型属性提取

BIM模型除了几何信息之外属性信息也非常重要，基于MicroStation的建筑建模相关软件的SDK中提供了一些提取属性信息的方法。

首先设计了相应数据结构来存储属性。再列出面积、体积、位置、图层、颜色、样式类别等一些常见属性的提取。以面积为例，模型的表面积，类型为双精度浮点数，直接使用mdlMeasure_AreaProperties（）函数获得。再例如类别和样式，类别和样式是MicroStation建筑模型最重要的属性之一，类型为字符串，涵盖模型材料、图纸、工程量、渲染特性、切图、结构分析等一系列属性的定义，知道了样式名称，即可在库中查询到该样式的这些属性，如砖外墙的类别为“Wall_Ext”，样式为“Brick wall”。使用mdlTFPartRef_getPart（）函数获得样式，再使用mdlTFPartRef_getPartName（）函数和mdlTFPartRef_getPartFamilyName（）函数即可分别获得样式和类别。材质：建筑模型的材质定义了模型的纹理和贴图信息，从样式定义中能获取到材质信息的定义，如“Concrete_3”表示贴图为混凝土。

除了这些属性，还能够根据不同专业和行业来获取所需的属性，但是具体需要配置各专业的工作环境和约定相应的标准，目前还未深入研究。

输出SLPK

完成了上述处理后，即可开始创建SLPK格式的场景图层包了。

格式简介：SLPK文件是由一系列JSON文件和二进制文件按照严格的文件组织再打包成ZIP格式的压缩包。

创建JSON文件：JSON文件是JavaScript Object Notation的缩写，是一种用来存储和表示数据的文本格式，使用cJson库能够很方便地进行JSON文件的读写。对于SLPK包内的所有JSON格式的文件，都可以用cJson库进行创建，各个文件具体内容参见OGC SLPK官方文档。

创建几何和属性文件：几何信息0.bin详细格式参见官方文档。在0.bin中依次存储的是顶点数组、法线数组、纹理坐标数据和颜色数组，写入文件可使用ofstream，ofstream：：write（）函数能够快速批量将数组写入到文件中。

文件压缩：完成创建所有文件后，需要将除了metaData.json外的所有文件先压缩成gz格式，在程序中使用ShellExecute（）函数调用开源的压缩软件7z.exe，给定参数“a  <文件名>.gz  <文件名>”即可完成压缩，压缩的同时删除掉原文件;接着使用ShellExecute（）调用7z.exe，给定参数“a  <模型文件夹><模型名>.zip   -ir！<模型文件夹>*.*  -mx0”，即可将所有文件打包成zip格式;最后将zip文件名称中后缀名“.zip”修改成“.slpk”即完成的场景图层包的创建。

在MicroStation中运行MDL程序。选中要导出的一个或者多个模型，设置相应路径、名称和坐标系等参数，在视图中单击左键即开始导出。导出完成后，在ArcGIS online中，直接即可將SLPK文件上传并发布成Scene Layer。

通过研发和实践，解决了MicroStation三维建筑模型直接导出成SLPK场景图层包的问题，为BIM模型和GIS系统的应用结合打下了一些基础。