聲明：本文是一個系列原創（作者在GIS+BIM行業已有從業15年有餘，還是個行業的小學生，文章內容不免有錯誤或者不當之處，敬請理解），旨在通過這個系列打造一個高性能，高可擴展的GIS+BIM框架，拋磚引玉，為國內GIS+BIM行業貢獻綿薄之力。 對於行業內的人說到GIS、BIM最先想到是：引擎，是的 ...
聲明：本文是一個系列原創（作者在GIS+BIM行業已有從業15年有餘，還是個行業的小學生，文章內容不免有錯誤或者不當之處，敬請理解），旨在通過這個系列打造一個高性能，高可擴展的GIS+BIM框架，拋磚引玉，為國內GIS+BIM行業貢獻綿薄之力。
對於行業內的人說到GIS、BIM最先想到是：引擎，是的，沒有錯，應該說一個好的引擎是核心了，放眼國內，做GIS的公司很多，做BIM的也很多，但原創卻很少，做到行業知名的卻是沒有，說到GIS，不得不提我們的祖師（google earth）簡稱GE，隨著GE的推出，引起了行業的大變革，大家都開始做三維地球，最具名氣的應該是Open Scene Graphic,簡稱 OSG，確切的說，它是一款面向地理信息行業的三維引擎，還談不到GIS引擎，在OSG的基礎上，osgearth算是一個不錯的開源三維數字地球，也正因為osgearth開源數字地球的出現，為國內GIS產業帶來了一次洪流，也可以這麼說，國內大部分三維地球都是基於osgearth發展而來。
然後隨著行業應用的不斷發展，也正式因為數字化地球的成功，很多以前想都不敢想的事情（數字化三維城市），數字化工程管理，數字化工廠，數字化發電等相繼提出概念模型，而這些數字化信息處理，對三維數字化地球提出了更好的要求，需要海量的顯示數據，osgearth有些力不從心，我們必須開發新一代三維數字化引擎來適用行業的發展，這也意味著新三維數字化時代到來:GIS +BIM/PIM。
在這股洪流中國內也出現了很多不錯自研BIM引擎的公司（筆者接觸過很多款，國外的不提了，別人起步早，沒有可比性，國內能讓我有印象的就兩個，一個是深圳鵬銳的BIM（速度真快，在一般的顯卡下可以載入300萬個參數化模型，說行業頂尖不為過），另一個北京達美勝（功能全））。然而都只是BIM，或者PIM，都缺少地理信息部分，其他的都是基於osg或者unity3d引擎研發的，unity3d面向游戲的，用來做BIM/PIM確實很不適宜，osg本身對顯卡的新特性支持不好，設計上採用了過多的設計模式，對開發不是很友好，或者說一般的開發者是駕馭不了OSG的，面對這種囧境：要想重構osg代價太大，so大牛們更願意自己重寫一個全新的引擎，無拘無束，說到這裡，會有一部分人說重覆造輪子，然後筆者認為任何事物都要經歷認知->熟悉->熟練->重覆->改進->創新，沒有重覆的過程，就沒有改進和創新（筆者本人就是一個技術宅男）。
到這裡說到重點了，筆者本人也沒有擺脫這股洪流的衝擊洗禮，依然決定不惜粉身碎骨迎難而上，依然想當那隻迎風起飛的豬（雖然當風停下來的時候，摔死的一定是豬），言歸正傳，先上圖，然後在慢慢介紹。
圖1
上圖引擎之上構建了BIM/PIM和GIS，相信很多人看到後，會問，這不是一套引擎支撐兩套系統嗎 ?BIM+GIS部分呢 ?相信大家更希望看到是這樣一副圖形：
圖2
看到這樣一幅圖形很多人覺得，這個才是GIS + BIM ，是的，國內已經有部分公司都實現了圖1所架構的部分，圖2部分目前還沒有看到(也許是因為筆者眼界狹窄，亦或者已經有了，但是還沒有公開發佈)。圖1 到到圖2這條道路有幾個大坑。
- 解決大數據精度問題，GIS本身是支持大數據的，但是實時性與精度是存在問題，地理數據採用金字塔模型形式進行存儲，大家都知道這樣數據結構存儲形式解決了海量數據的問題，即按需，按級別載入，根據攝像機的位置動態的載入所需的數據，如下圖所示。
圖3（GIS）金字塔瓦片
圖4（GIS）金字塔瓦片
然後BIM數據一般都是比較集中的，對數據要求特別的高,做BIM的都知道，一棟樓房每一個細節表達務必要求精準，方便管理，造價，維護，能夠做到全生命周期管控。
圖５（BIM）
圖６（PIM）
這不是現有GIS系統能完成的工作，如果按照GIS的管理方法將模型按照GIS的方式進行存儲，會發現BIM／PIM數據是不能這麼做的。一般一個BIM模型或者PIM模型由很多個最小單元（模型）組成，我們稱為基本體，比如一閥門可以由幾十個或者更多基本體組成（多個圓柱，多個圓環，多個長方體，或者多面體），數據量非常的龐大，筆者接觸過最大的模型一個PIM模型（共計９００萬＋個基本體組成），絕大部分是參數化的。
筆者也嘗試過用LOD的方式存儲這些數據，用GIS的思維方式按需載入，結果是很多業務應用是無解的，下麵我們分析下用GIS思維方式載入數據我們遇到的問題：
１. 無法做到輕量化
為了降低網路延遲，或者存儲空間，數據一般採用參數化的形式存儲，比如我們要繪製一個箱子，我們用箱子的參數來描述：類似：ｂｏｘ（長，寬，高，材質，位置），如果做ｌｏｄ，那麼該如何描述呢，我們唯一能做的，是將參數化數據三角化，即生成用模型（點線面來描述），這樣數據量會增加。
２. 數據量巨大
a) 參數化部分，目前大部分GIS是不支持，需要在後臺增加服務，用來把參數化模型數據三角化，然後在不同的級別做簡化模型）。
b) 計算下來，以２５６萬個基本體為例，正常存儲需要１００M空間，如果做ＬＯＤ，空間至少要４G
３. 更新／發佈困難
模型數據不是一成不變的，都是在根據工程的進度或者維護進行實時更新的，那麼這就意味著每當數據更新，LOD必須重新做一次，而往往我們希望可以瀏覽不同版本的模型，即要保留歷史數據，這樣一來，就災難了，數據會膨脹。
４. 無法完成精確的測量
因為BIM業務的特殊性，對模型的測量上由精確的要求，如果我們做了LOD，在計算上就會出現誤差，這是個硬傷，LOD的是無法解決這個問題的。
５. 實時性差
每次時間變更都會從伺服器請求大量的模型數據，造成實時性比較差。
６. 編輯要求
一般的業務應用都會存在對模型進行修改的要求（輕量化的）比如對一個閥門的位置進行修改，或者對一個桌子的顏色修改，異或更換一把的門鎖。
目前大部分BIM不具備這個功能，GIS更不用說了，及時具備，GIS的離散化數據存儲也做不到實時修改存儲。
圖７（修改前）
圖８（修改後）
７. 操作的便利性
從事設計工作的朋友，習慣了二維的坐標下，對模型的編輯，或者三維空間上的操作，但是對於球體上的操作卻不適應，首先這裡要說明下，設計工作不應該在GIS上完成，但是還是由少許的輕量化的編輯要求，設計工作者更加希望在非球體下進行（球體是投影，一個直線也是由曲率的），很不方便，如下圖這樣視圖（也被稱作上帝視角）
圖9（上帝視角）
圖10（上帝視角下編輯）
８. 精度問題
在GIS開發，或者BIM開發過程中，很多同學都遇到用單精度無法滿足計算的要求，基本上在BIM中計算都採用雙精度方式，然後把一個BIM模型放到三維球體上，需要解決到大地坐標問題，為了性能方面的考慮，不得不採用單精度繪製(目前不是所有的顯卡支持雙精度，同時即便支持雙精度)性能由極大的降低。
1 NVIDIA，雙精度計算花費的時間單精度的32倍
2 ATI，雙精度計算花費的時間單精度的8倍
3 INTEL，雙精度計算花費的時間單精度的4倍
綜上，以上種種（只列舉了部分），總結：新一代GIS+ BIM引擎需要具備如下功能特點。
１. 支持參數化模型（海量，入門級別，至少支持100萬個參數化模型。
２. 解決數據載入與存儲問題
３. 支持輕量化編輯
４. 支持2D/2.5D /3D 地理信息形態切換。
今天就到這裡，初次編寫，有沒有說清除的地方，希望大家指出，共同進步。
