三維建模在建筑領(lǐng)域的專利技術(shù)分析

孟圓 孔辰浩

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州 450002；2.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南濟(jì)源 459000）

三維建模在建筑領(lǐng)域的專利技術(shù)分析

孟圓1孔辰浩2

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南鄭州 450002；2.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南濟(jì)源 459000）

本文從專利文獻(xiàn)的視角對三維建模在建筑領(lǐng)域的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，介紹該領(lǐng)域的專利申請趨勢、專利申請主要分布區(qū)域以及國內(nèi)外主要申請人的專利申請情況。通過對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行分析、梳理和展望，以期對建筑領(lǐng)域三維建模的發(fā)展具有一定的借鑒意義。

三維建模；建筑；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

但是，早期的三維建模技術(shù)還不夠成熟。西安四維航測遙感中心于2005年9月7日申請的公開號為CN1664884A的專利，公開了一種城區(qū)三維可視與可量測立體地形圖制作方法，解決了建筑物的三維立體不具有量測性的問題。

三維建模技術(shù)也隨著帶來了大數(shù)據(jù)的問題，大量數(shù)據(jù)集一般要求大的存儲容量及存儲數(shù)據(jù)集，處理這樣的模型對軟件和系統(tǒng)開發(fā)商提出了挑戰(zhàn)。CCT國際股份有限公司于2009年10月13日申請的公開號為CN102203781A的一篇專利，其公開了一種對計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）環(huán)境和對象進(jìn)行建模的系統(tǒng)和方法，該專利所提供的系統(tǒng)和方法包括實(shí)體建模和表面建模之間的混合方案，這種混合解決

1 建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)的基本概念

三維建模是在計(jì)算機(jī)中或者其他視頻設(shè)備中顯示物體的多邊形狀態(tài),任何物理自然界存在的東西都可以用三維模型表示。

建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)就是用一定的建筑軟件來建立建筑的三維模型，可以直觀地反映建筑的外部造型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)計(jì)算、建筑渲染、預(yù)算、效果圖制作等。建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)分為3種：線框建模、表面（曲面）建模和實(shí)體建模。

常用的三維建模軟件有3DMAX、Softimage、Maya、UG、AutoCAD等，其共同特點(diǎn)是利用一些基本的幾何元素，如立方體、球體等，通過一系列幾何操作，如平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸及布爾運(yùn)算等來構(gòu)建復(fù)雜的幾何場景［1］。

2 建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)發(fā)展路線

國內(nèi)最早的一篇關(guān)于建筑領(lǐng)域的三維建模是由浙江大學(xué)于2001年1月31日申請的、公開號為CN12820040A方案結(jié)合了實(shí)體建模的建模特征和規(guī)則以及表面建模所提供的性能，提供了有效的內(nèi)存使用和有利的運(yùn)行時(shí)間性能。

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件的大力開發(fā)，使得開發(fā)人員不僅能建立三維模型，且可針對三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)信息分析。例如，天津大學(xué)于2010年9月16日申請的公開號為CN101923597A的一篇專利，其公開了一種模擬建筑物遷移過程中受力變化的可視化建模方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該專利能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測建筑物危險(xiǎn)點(diǎn)位置，并且大大減少了讀入的數(shù)據(jù)量，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，對關(guān)鍵部位進(jìn)行突出顯示，通過采用逐步讀入和分段顯示方法，通過定義結(jié)構(gòu)體和Map結(jié)構(gòu)，解決了讀入編號不連續(xù)的問題。

雖然三維建模技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用可以分析建筑實(shí)際的受力狀態(tài)，但是建立的三維模型卻不能應(yīng)用于施工現(xiàn)場操作，缺少施工現(xiàn)場操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)集。為了解決這一問題，歐克特公司于2011年3月8日申請的、公開號為CN102884532A的一篇專利，其公開了一種用于以建筑信息建模進(jìn)行施工現(xiàn)場管理和操作的系統(tǒng)和方法，該專利適用于將在建筑信息建模軟件中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)集提供給在外面的現(xiàn)場、工作現(xiàn)場和施工地點(diǎn)。

3 建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)重要申請人的技術(shù)路線

在專利庫中［2］統(tǒng)計(jì)出建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)方面，國內(nèi)天津大學(xué)為重要申請人，國外AUTODESK公司為重要申請人。

3.1 國內(nèi)重要申請人

天津大學(xué)于2010年9月16日申請的、公開號為CN101923597A的一種模擬建筑物遷移過程中受力變化的可視化建模方法沒有提到對三維模型的優(yōu)化技術(shù)，天津大學(xué)又于2010年12月22日申請的公開號為CN101923598A的一篇專利，其公開了基于VB的建筑物滑動遷移模型參數(shù)化建模的優(yōu)化方法，涉及建筑物計(jì)算機(jī)建模技術(shù)，利用圖形界面進(jìn)行相關(guān)建筑參數(shù)的輸入，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)建筑物的參數(shù)化建模以及對參數(shù)化模型進(jìn)行優(yōu)化處理。相對于現(xiàn)有技術(shù)，該發(fā)明的方法在很大程度上降低了ANSYS的使用難度，面向?qū)ο蟾鼜V。2012年10月16日，天津大學(xué)申請的公開號為CN103049595A的專利，其公開了一種用于水利水電工程的三維設(shè)計(jì)協(xié)同作業(yè)方法，通過與屬性庫、模型庫和圖形圖像庫相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立水利水電工程尺度的三維地質(zhì)精細(xì)模型；以所述三維地質(zhì)精細(xì)模型為核心，實(shí)現(xiàn)水利水電工程地質(zhì)-水工-施工協(xié)同設(shè)計(jì)與分析的三維一體化環(huán)境和協(xié)同分析。2013年6月7日，天津大學(xué)申請的公開號為CN103279623A的專利，其公開了一種鋼結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點(diǎn)制造數(shù)據(jù)的采集、分析和校驗(yàn)方法，該方法對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)件中心軸線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和輸出特征數(shù)據(jù)，通過特征數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型。由此可見，天津大學(xué)在建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)方面已經(jīng)有了穩(wěn)定的發(fā)展。

3.2 國外主要申請人

AUTODESK即為歐特克有限公司，歐特克是全球最大的二維、三維設(shè)計(jì)和工程軟件公司。AUTODESK于2007年7月26日申請的公開號為US2007171223A1的專利，其公開了一種方法，該方法使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）應(yīng)用可以精確地計(jì)算距離，而且考慮到在CAD模型中的開放空間中一些相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，可以讓用戶無需經(jīng)過允許而自主地定義空間對象的幾何形狀?？梢夾U?TODESK已經(jīng)考慮到了用戶使用軟件的交互性能，并在CAD應(yīng)用中提高了交互的功能。之后AUTODESK于2008年1月31日申請的、公開號為US2008027684A1的申請對用戶可以對模型進(jìn)行自定義又提出了改進(jìn)方案，其公開了一種包含提供組件目錄的方法，每個組件以數(shù)據(jù)組件的形式呈現(xiàn)出來，可以存儲可修改的參數(shù)，為了用于有代表性的CAD模型，邏輯部件通過執(zhí)行從目錄中選出的組件而生成組件的特殊幾何參數(shù)，之后組件根據(jù)特殊幾何參數(shù)被集成到模型中。AUTODESK不僅可以根據(jù)實(shí)體建筑生成建筑模型，還可以從各個角度觀察生成的建筑模型，于2011年4月8日申請的、公開號為US2012259594A1的申請公開了一種生成建筑三維模型的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，生成在計(jì)算機(jī)上根據(jù)一系列傳感器的位置呈現(xiàn)建筑模型的三維表現(xiàn)形式，該方法包括從建筑模型的數(shù)據(jù)庫中獲取建筑模型的屬性，數(shù)據(jù)輸入從一些傳感器中得到，這些傳感器布置在建筑模型的周圍，建筑三維模型根據(jù)傳感器的位置以及傳感器獲得的數(shù)據(jù)來生成能夠顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上的三維顯示形式。

同國外相比，我國的建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)有一定差距。但是值得注意的是，國內(nèi)申請中天津大學(xué)與其他申請人相比，更為關(guān)注這一領(lǐng)域，這說明國內(nèi)院校對有關(guān)建筑的三維建模技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究十分積極活躍。

4 結(jié)語

建筑領(lǐng)域與三維建模技術(shù)相關(guān)的專利申請量不斷增長，本文對建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)基本概念作了介紹，對建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了深入分析，并提煉了建筑領(lǐng)域三維建模技術(shù)重要申請人的技術(shù)路線。三維建模技術(shù)的進(jìn)一步提升是建筑領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，雖然相關(guān)熱點(diǎn)專利并不能很快被大量投入使用，其本身的優(yōu)勢將對本領(lǐng)域今后的發(fā)展起到重要的啟示和借鑒作用。

［1］高麗燕，莫正波.AutoCAD2012建筑繪圖及三維建模［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.

［2］國家知識產(chǎn)權(quán)局.專利審查指南［M］.北京：知識產(chǎn)權(quán)出版社，2010.

Review of Patented Technology of 3D Modeling in Architecture

Meng Yuan1Kong Chenhao2

（1.Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office，SIPO，Zhengzhou Henan 450002；2.Jiyuan Vocational and Technical College，Jiyuan Henan 459000）

This paper analyzed the patent application of 3D modeling in the field of architecture from the perspective of patent literature,and introduced the trend of patent application in this field,the main distribution area of patent ap?plication and the situation of patent application filed by major applicants both at home and abroad.Through the analy?sis,combing and prospecting of the existing technology,we hope to have some reference significance for the develop?ment of 3D modeling in the architecture field.

3D modeling；architecture；CAD的一篇專利，公開了一種基于信息技術(shù)的瀕危遺址文物保護(hù)修復(fù)輔助方法，該專利中對文物遺址進(jìn)行建筑數(shù)據(jù)測繪及數(shù)字化拍攝；采用三維建模工具建立文物遺址數(shù)字化三維模型；采用圖形開發(fā)軟件包，建立自由漫游真實(shí)感文物遺址場景；采用軟件開發(fā)工具建立支持文物遺址保護(hù)修復(fù)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)等。

O343.2

A

1003-5168（2017）02-0120-02

2017-01-21

孟圓（1988-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方向的發(fā)明專利實(shí)質(zhì)審查；孔辰浩（1988-），男，碩士，助教，研究方向：無人機(jī)遙感圖像處理。