Xbim.GLTF源码解析（一）：简介

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简介

Xbim.GLTF是将IFC文件转换成GLTF文件的一个组件。IFC是建筑行业的存储规范，而GLTF则是计算机领域的存储规范，GLTF中只包含与三维图形相关的图元数据。而IFC中不仅包含建筑模型的三维视图，还会包含各种各样的属性信息，类型信息等等非几何的数据。将IFC文件转换成GLTF文件，除了剔除非几何信息之外，还要注意初始IFC文件中几何模型的数据完整性。

以下是进行几何数据提取后，装载成GLTF的文件和原IFC文件的大小对比，可以看到，该方案可以将模型文件压缩至50%左右。

模型大小	处理前	处理后	轻量化幅度
OneWall	7KB	4KB	42.86%
TwoWallsTwoColour	13KB	7KB	46.15%
TwoColumsOneBeam	14KB	16KB	-14.29%
SampleHouse	2269KB	989KB	56.41%
rac_basic_sample_project	27677KB	9099KB	67.12%
zp	38991KB	16827KB	56.84%

轻量化幅度

Xbim是为IFC提供解决方案的一个组织，旗下的XBIM.Essentials提供面向对象解析IFC文件的解决方案。而本系列介绍的Xbim.Gltf也是Xbim旗下的一个项目，Xbim.Gltf关联的项目有Xbim.Essential和Khronos.glTF-CSharp-Loader，Khronos是gltf官方组织，除此之外，WebGL也在Khronos组织之下。

XBIM.GLTF的Github仓库：

https://github.com/xBimTeam/XbimGltf

本文剖析的是维护中的maintenance分支：

https://github.com/xBimTeam/XbimGltf/tree/maintenance/Xbim4.x

KHRONOS.GLTF-CSHARP-LOADER的Github仓库：

https://github.com/KhronosGroup/glTF-CSharp-Loader

IFC-GLTF

通常地，将一种存储格式的文件转换成另一种存储格式的文件，需要做以下三步操作：1.将文件提取到内存中；2.将文件转换成目标格式；3.将内存中的数据装载成目标存储格式并写出。

为了将IFC文件转换成GLTF文件，也需要做以上三步。第一步文件的提取利用到上文提到的Xbim.Essentials组件，该组件可以解析IFC文件，并提供面向对象的访问方式访问IFC文件。也就是说该组件完成了IFC文件的提取工作，在后续操作中我们可以像访问内存中的文件对象一样访问IFC文件。第二步则是文件的转换，经过第一步的处理，内存中的数据仍然是以IFC格式组织起来的。因此我们在第二步中要将按照需要提取内存中IFC格式的数据，以便在下一步中可以将这些数据装载成目标格式。第三步基于第二步提取出的数据，将其装载成GLTF格式。在这步中，我们将利用GLTF-CSHARP-LOADER可以做到，我们只需将提取的数据按照GLTF的组织形式写进loader中，像调用写文件函数一样调用loader.save()函数便可将数据写到磁盘中。

整体架构：

Xbim.GLTF中部分类的关系图

Xbim.GLTF中主要涉及到IFC-GLTF转换的只有以上几个类，其余的类也是基于以上的类衍生而来，因此本系列中不做分析。

l  APP：程序入口类

l  MainWindow：程序主界面

l  MultipleFilesExporter：多文件转换类，将一个IFC文件转换成多个GLTF文件

l  SingleFileExporter：单文件转换类，将一个IFC文件转换成单个GLTF文件

l  Builder：模型提取，模型转换类

l  XbimMesher：模型实体类，存储提取的模型数据。

XBIM.GLTF中涉及到的Xbim.Essential类关系图

模型提取主要用到的类和接口：

IfcStore，Xbim3DModelContext，IGeometryStore，IGeometryStoreReader，XbimShapeInstance，BinaryReader，XbimShapeTriangulation，XbimFaceTriangulation。

l  IfcStore类是是使用任何格式（.xbim，.ifc等）的模型文件的主要入口点。该类处理任何格式的ifc文件的打开、解析和导出工作，是IFC文件数据的访问入口，以及提供访问内部XBIM格式（如*.xbim）文件。本文使用该类打开对应文件名的IFC格式的文件。

l  Xbim3DmodelContext类代表几何信息的上下文，用以创建对应的IGeometryStore。

l  IGeometryStore是模型几何信息的访问控制接口，可以通过该类的BeginRead函数获取IgeometryStoreReader接口的实例。

l  IGeometryStoreReader访问模型的几何实例的接口，通过Instances属性访问模型所包含的所有的几何实例。

l  XbimShapeInstance在语义上是空间中一个具体的实例，实际上代表着一个几何网格，包含了纹理，材质和顶点信息，也就是本文将要提取的构件在空间上的最小单位。

l  BinaryReader，二进制流读取类，Xbim.Essentials在System.IO,BinaryReader基础上拓展了ReadShapeTriangulation函数，用以从二进制形式的IFC文件流中提取并解析BIM模型，并生成对应的XbimShapeTriangulation实例。

l  XbimShapeTriangulation是存储Shape中所有三角形面的类。通过构建本类并调用本类的ToPointsWithNormalsAndIndices函数，可以获取构成本Shape的顶点，法向量和面的拓扑索引。本文将使用该类提取IFC文件中的BIM模型的三维模型信息，提取完成后，再进行轻量化操作。

l  XbimFaceTriangulation是存储Face中所有三角形面的类，Shape由Face构成，事实上，XbimShapeTriangulation类的实例拥有多个XbimFaceTriangulation类的实例。

l  Xbim.Essentials组件设计的使用方式与普通文件库类似，使用IModel接口类打开IFC文件后，便可以以面向对象的形式访问IFC文件。本模块使用到的Xbim.Essentials中的类的调用流程如下表所示：

本模块使用的Xbim.Essentials类调用图

步骤	类或接口	成员或函数	调用参数	返回值
一	IModel	Open	Filename	IModel
二	IModel	GeometryStore	Void	GeometryStore
三	IGeometryStore	BeginRead	Void	GeometryStoreReader
四	IGeometryStoreReader	ShapeGeometry	Void	XbimShapeGeometry
五	XbimShapeGeometry	ShapeData	Void	XbimShapeGeometryData
六	XbimShapeTriangulation	ToPointsWithNormalsAndIndices	Position，Index	Void