PolarDB：表面網格模型

模型用途

簡介

表面網格模型是三維實體建模中常用的方法，通過一系列連續的面來對三維實體形狀進行刻畫。 同時，對於面資訊支援可視化元素的設定，如材質，紋理等資訊，使得在三維可視化時具有更好的視覺效果。

在GanosBase中，使用標準的SQL語言來查詢和處理表面模型類型的資料，支援資料基於文本和二進位的表達和資料交換。

GanosBase Sfmesh是對象關係型資料庫PostgreSQL相容版本（PolarDB PostgreSQL版（相容Oracle））的一個時空引擎擴充，提供了一組資料類型，函數和預存程序，協助使用者高效地管理、查詢和分析表面三維資料。

功能概述

表面網格模型包括多種資料類型，支援構建、訪問、編輯、處理、彙總、匯入匯出等多種方法，支援三維空間關係判斷與三維分析計算操作，支援三維索引。

表面網格模型通過GanosBase Utility擴充支援多種三維資料格式的匯入，如IFC、glTF、Obj等，也支援將表面網格模型轉換為三維瓦片形式（如3dtiles）。

功能詳情請參見SfMesh SQL參考。

主要業務情境

在實際應用中，表面網格類型可以用於空間資料的可視化和分析：

• 三維地圖製作和可視化

  地圖可視化可以直觀地展現地理空間中資料的分布、趨勢和關係，有助於更好地理解空間資料的意義和背後的規律。三維空間資料可以表示三維空間中的對象，如建築，管線等，配合材質、紋理等可視化元素，可以還原出真實的三維情境以供展示以及決策使用。

• 三維空間關係查詢

  空間關係查詢可以用於多種情境，例如空間資料挖掘、城市規劃等。通過空間關係查詢，可以快速地找到滿足特定條件的空間實體，為決策提供有力的支援。

  表面網格類型支援三維空間關係查詢，如相交、包含等。這可以用於確定兩個對象之間的關係，例如確定兩個物體是否相交。

• 三維空間分析和計算

  三維空間分析和計算用於各種量測情境，例如計算建築物的面積、體積等。

  表面網格類型支援各種空間分析和計算，如計算面積、長度、距離，同樣也包括兩個對象的交集，並集等。

以下以BIM情境為例，介紹表面網格模型在BIM資料情境下的使用。

BIM資料

建築資訊模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）是在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，並依此設計、施工、營運的過程和結果的總稱。

BIM資料中包含了大量的三維空間資料和屬性資料，適合資料庫中做統一的儲存，管理和查詢。

GanosBase Utility擴充支援IFC資料格式的匯入，並轉換為表面網格資料模型。

可視化

有別於以往2D圖，3D模型的真實性，直觀的表達，讓模型資訊的展現更符合人的直覺，更清楚地瞭解建造物的空間關係。

採用表面網格儲存的BIM資料，通過三維可視化技術，可以產生情境模型進行可視化操作，解決BIM資料，特別是大檔案資料直觀性差的問題。

屬性查詢

BIM資料往往以專業格式按檔案儲存體，不利於結合其他二三維資料統一管理、聯集查詢，需要對其進行結構化拆解，提供業務/空間查詢的能力。

基於資料庫的儲存和查詢能力，可以在資料庫中進行屬性和空間一體化查詢，解決資料管理的問題。

例如，可以用標準的SQL查詢類型為 'System Panel' 的組件：

SELECT project_uuid, project_name, parent_uuid, uuid, "family", "name", attrs, props_set
FROM ifc_demo_ifc_elem
WHERE
(((props_set->'Other')::json)->'Type')::text like '%System Panel: %'

空間分析

BIM模型中的尺寸與建築物一致。利用這些資訊，進行各類指標的計算，如容積率與建蔽率；各類指標檢查，如樓層淨高，面積檢測；與其他空間資料聯動檢查碰撞關係等，如與二三維的規劃紅線進行空間比對。

基本構成

表面網格模型概述

在實體建模和電腦輔助設計中，一個實體物件通常被表示為一組串連的表面元素，這些元素定義了內部和外部點之間的邊界。

這些面通常由三角形（triangle meshes）、四邊形（quads）或其他簡單的凸多邊形（n-gons）組成，可以對實體物件的輪廓邊界進行精確的描述。

這種由多個面來表示描述實體物件的模型稱為表面網格模型。

空間參考系統

空間參考系（Spatial Reference System，以下簡稱為SRS ）定義了如何將Sfmesh對象關聯到地球表面上某個具體位置。

GanosBase使用稱為SRID來引用SRS定義。Sfmesh對象通過其自身的SRID值與SRS關聯。

更多內容請參見空間參考。

表面網格模型資料模型

GanosBase表面網格模型在OGC Simple Feature標準模型的基礎上，新增以下資料模型：

INDEXSURFACE

IndexSurface用於基於索引的方式來描述多面體資訊，例如以下多面體，可以分別使用頂點座標串（p1, p2, p3, p4, p5）以及使用頂點描述的面（1,2,3），（2,4,3），（4,5,3）來進行描述。

TRIANGLESTRIP

TriangleStrip基於連續的點來描述多面體系統，例如以下多面體，可以分別使用頂點座標串（p1, p2, p3, p4, p5）來描述三個三角面（p1,p2,p3），（p2,p3,p4），（p3, p4, p5）。

TRIANGLEFAN

TriangleFan基於連續的點來描述多面體系統，例如以下多面體，可以分別使用頂點座標串（p3, p1, p2, p4, p5）來描述三個三角面(p3,p1,p2), (p3,p2,p4), (p3, p4, p5)。

表面網格模型資料類型

GanosBase中表面模型包含以下資料類型：

• sfmesh：包含幾何、材質、紋理、紋理座標等相關資訊的資料類型集合。

• meshgeom：幾何對象，用於記錄座標點資訊以及如何構面描述，以及對應的紋理座標和法向量等資訊。

• texture：紋理貼圖資訊，包含寬、高、壓縮方式及紋理位元據等。

• material：材質，sfmesh對象表面各可視化屬性的集合，包括模型對象表面的色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發光度等。

GanosBase表面模型支援引用對象。引用對象是一種特殊資料結構，該對象中不儲存實際的資料值，只儲存到另外一個對象的地址資訊。

表面網格交換格式

表面網格交換格式支援文本和二進位兩種格式。

• 方便閱讀的文本形式：Well-Known Text（以下簡稱為WKT）。詳情請參見WKT。

• 可以保留資料精度且方便傳輸的二進位形式：Well-Known Binary（以下簡稱為WKB）。詳情請參見WKB。

資料列視圖

在GanosBase中，sfmesh_columns是從資料庫系統目錄表中讀取全部表面網格相關列的視圖。該視圖遵循了OGC的Simple Features Specification for SQL標準並進行可對應的擴充。

該視圖結構如下：

可以通過如下語句查詢當前資料庫中全部表面模型資料列：

SELECT * FROM sfmesh_columns;

或通過如下語句篩選出模型列。

SELECT * FROM sfmesh_columns
WHERE g_sfmesh_type = 'sfmesh';

索引

空間索引使GanosBase處理大型空間資料集時避免對資料庫進行全域順序掃描。索引通過將資料群組織到搜尋樹中來加速搜尋，可以快速遍曆該搜尋樹以尋找特定記錄。

GanosBase為Sfmesh提供了一種基於GiST的三維空間索引。

可通過以下方式進行建立。

CREATE INDEX <index_name>
ON <table_name>
USING GIST(<column_name>);

快速入門

簡介

快速入門文檔協助使用者快速理解GanosBase Sfmesh引擎的基本用法，包括擴充建立、建表、插入資料、查詢結果、建立索引、空間查詢等內容。

文法說明

• 建立擴充。

  CREATE EXTENSION Ganos_sfmesh CASCADE;

  說明

  建議將擴充安裝在public模式下，避免許可權問題。

  CREATE extension Ganos_sfmesh WITH schema public cascade CASCADE;

• 建立具有SFMesh欄位的表。

  CREATE TABLE t_mesh(
    id integer,
    mesh sfmesh
  );

• 插入資料。

   --向表中插入資料
  INSERT INTO 
    t_mesh(id, mesh)
  VALUES 
    (1, '{   "version" : 1, "srid" : 4326, "root" : 0 , "meshgeoms" : [    "MESHGEOM(PATCH(TRIANGLESTRIP(0 0 0 ,0 10 10,10 10 10,10 0 0)))" ],  "primitives" : [    {"meshgeom": 0}],  "nodes" : [    {"primitive" : 0} ] }'::sfmesh),
    (2, '{   "version" : 1, "srid" : 4326, "root" : 0 , "meshgeoms" : [    "MESHGEOM(PATCH(INDEXSURFACE(VERTEX(0 0 1,0 10 2,10 10 3,10 0 4), INDEX((0,1,2),(1,2,3)))))" ],  "primitives" : [    {"meshgeom": 0}],  "nodes" : [    {"primitive" : 0} ] }'::sfmesh);

• 查詢資料結果。

  SELECT id, ST_AsText(mesh)
  FROM t_mesh;
  
  -------------------------
  1 | {"version" : 1, "srid" : 4326, "root" : 0, "meshgeoms" : ["MESHGEOM(PATCH(TRIANGLESTRIP(0 0 0,0 10 10,10 10 10,10 0 0)))"], "primitives" : [{"meshgeom" : 0}], "nodes" : [{"primitive" : 0}]}
  2 | {"version" : 1, "srid" : 4326, "root" : 0, "meshgeoms" : ["MESHGEOM(PATCH(INDEXSURFACE Z (VERTEX(0 0 1,0 10 2,10 10 3,10 0 4),INDEX((0,1,2),(1,2,3)))))"], "primitives" : [{"meshgeom" : 0}], "nodes" : [{"pr
   imitive" : 0}]}

• 建立索引。

   CREATE INDEX idx_t_mesh
   ON t_mesh
   USING GIST(mesh);

• 空間查詢。

   -- 與某個三維空間對象相交
  SELECT id
  FROM t_mesh
  WHERE ST_3DIntersects(mesh, ST_SetSRID('BOX3D(0 0 0, 10 10 10)'::box3d::sfmesh, 4326));

• 刪除擴充（可選）。

  DROP EXTENSION Ganos_SFMesh CASCADE;

SQL參考

詳細SQL手冊請參見SfMesh SQL參考。