基于数字孪生和AI的建筑标识系统施工全过程推演系统的制作方法

本发明涉及数字孪生、建筑施工仿真，具体为基于数字孪生和ai的建筑标识系统施工全过程推演系统。

背景技术：

1、建筑标识系统涵盖疏散指示、楼层导引、安全警示等各类标识物，其设置需在施工全过程中随建筑结构的逐次搭建、内部空间的逐步成型而动态调整，以保证各阶段的人员通行安全与信息指引有效性。现有技术中，标识系统的设计校验主要依赖设计师基于二维平面图或静态三维模型进行人工审视，通过目视判断标识物在各个施工节点是否被临时支撑、未完工墙体、堆场物料等遮挡，并据此调整标识位置。这种人工审视方式仅能针对若干离散施工状态进行局部校验，难以呈现施工推进过程中标识物可见性的连续演变过程，无法及时发现某些仅出现在施工中间阶段的遮挡或视觉盲区。同时，当发现某个施工阶段标识物遮挡严重需要移设时，调整操作只能在原始设计图纸上修改，再由人工重新比对其他阶段的影响，反复迭代效率低且易遗漏跨阶段冲突。

2、为获得施工全过程的标识物可见性变化信息，一种设想是利用数字孪生场景加载建筑构件的施工进度序列，并开展视点仿真。但常规做法往往仅输出每个视点处的二元遮挡判断结果，生成的可见性信息离散且与场景图像割裂，难以直观呈现标识物可见性随施工进度的连续衰减或恢复趋势。此外，在推演结果上发现设计缺陷时，现有系统通常仅具备查看能力，缺少在推演时间轴上直接操作以调整标识物三维位置、并立即获得更新后可见性结果的手段，导致“推演—调整—复推演”的闭环无法在同一环境中形成，设计优化周期长。

3、针对上述问题，需要将标识物可见性的连续推演与交互式调整深度融合在同一系统中，既需要将标识物在不同施工阶段的可见程度以可与三维场景同步浏览的连续序列方式生成，又需要允许用户在推演时间轴的任意一点直接拖拽标识物并自动刷新对应阶段的可见性分析结果，从而支持对标识系统施工全过程的高效动态优化。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于数字孪生和ai的建筑标识系统施工全过程推演系统，目的在于解决现有方案无法生成施工全过程标识物可见性连续演变序列、以及无法在推演环境中直接交互调整标识物位置并即时获得反馈的问题，实现标识系统施工全过程可见度演变序列的生成与基于用户拖拽的闭环优化。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种基于数字孪生和ai的建筑标识系统施工全过程推演系统，该系统包括数字孪生体构建单元、施工阶段划分单元、标识系统仿真单元、推演合成单元和交互反馈单元，能够在虚拟空间中完整复现建筑标识系统随施工进度变化的可见性情况，并为设计人员提供直观的推演与即时调整手段。

3、数字孪生体构建单元用于采集施工现场的多视角图像序列，从中提取特征点并通过三角测量生成稀疏点云，再经表面重建生成包含建筑结构三维网格及标识物位置参数的数字孪生场景。优选的，该单元从多视角图像中提取sift特征点，利用随机采样一致性剔除误匹配，经三角测量得到三维稀疏点云；基于稀疏点云中每个点的邻域点集拟合局部平面以估计法向量方向，再以带法向量的点云为输入，通过求解泊松方程生成指示函数并提取零等值面，获得封闭的三角网格表面；将原始图像纹理映射至该三角网格表面，生成带有建筑结构真实外观的数字孪生场景。通过这一过程，场景不仅准确反映了建筑几何形态，还保留了与实际一致的视觉细节，为后续标识物可见度分析提供高保真三维基础。

4、施工阶段划分单元根据施工进度计划中的时间节点，将数字孪生场景中的建筑构件按施工顺序分解，生成每个时间点对应的施工阶段子场景。作为更优的实施方案，该单元读取施工进度计划中的时间节点列表，每个时间节点对应一组建筑构件的安装或拆除动作；遍历时间节点列表，将数字孪生场景中对应的建筑构件的三维网格及其附属标识物的位置坐标按时间顺序标记为可见或不可见状态，从而生成每个时间节点的施工阶段子场景。这样便自动形成了与施工计划严格同步的分阶段虚拟环境，避免人工逐帧布置，显著提升推演效率。

5、标识系统仿真单元在每个施工阶段子场景中预设视点路径，并计算标识物在视点处的可见度指标，生成可见度映射图。较佳的，该单元预设视点路径为一组三维坐标序列，每个视点对应一个观察位置和朝向；针对每个视点，计算标识物表面采样点与视点之间的方向向量，并检测该方向向量与标识物表面法线的夹角；统计所有采样点中夹角小于预设阈值的采样点比例，乘以标识物表面面积后得到可见度评分，并将各视点的可见度评分投影至二维平面生成可见度映射图。为了保证可见度计算的准确性，在进行上述计算前，还对标识物的三角网格进行自遮挡检测，将标识物自身面片中法线背离视点的面片标记为不可见，仅保留法线指向视点的面片作为候选采样区域，从而排除自身结构的干扰。进一步地，在检测方向向量与表面法线夹角时，从视点出发沿方向向量向每个采样点发射射线，记录射线与建筑结构三维网格的交点数量；若交点数量为零，则判定该采样点未被遮挡，计入可见度评分；若交点数量大于零，则根据交点与视点之间的距离判定遮挡程度并加权调整可见度评分。这一综合了角度判据与射线遮挡检测的可见度计算方法，量化了标识物在复杂施工环境中被建筑构件遮挡的真实情形，使评估结果更贴近实际观察体验。

6、推演合成单元将可见度映射图作为纹理叠加到对应施工阶段子场景的渲染表面上，通过时间轴插值生成施工全过程标识系统可见度演变序列。作为一种优选的实施方式，该单元将每个施工阶段子场景的渲染表面纹理替换为对应的可见度映射图，生成带可见度信息的渲染帧；在相邻时间节点的渲染帧之间，采用线性插值方法计算中间时间点的标识物位置和可见度值，并对标识物的位置参数进行三次样条插值以平滑运动轨迹，插值节点为施工进度计划中时间节点对应的标识物坐标。由此得到的可见度演变序列既保证了场景过渡的平滑性，又真实反映了标识物随施工推进在视野中逐步显现或被遮挡的动态过程，为施工人员和管理者提供连续、直观的视觉依据。

7、交互反馈单元用于接收用户对可见度演变序列中任一时刻的调整指令，解析调整量并反向更新对应施工阶段子场景中的标识物位置参数。优选的，该单元捕捉用户对可见度演变序列中某一帧的拖拽操作，提取拖拽起点和终点的二维屏幕坐标；通过逆投影变换将屏幕坐标转换为三维空间中的偏移向量；将该偏移向量叠加至当前施工阶段子场景中标识物的位置参数，并触发标识系统仿真单元重新计算该子场景的可见度映射图。这一反馈机制允许设计人员直接在对可视频率序列的观看过程中快速优化标识物布局，所见即所得地完成调整，无需在二维图纸与三维视图间反复切换，大幅缩短了标识系统方案验证与修改的周期。

8、通过上述单元的协同工作，本系统将数字孪生的高精度建模能力与可见度仿真推演相结合，全面、定量地预演标识系统在整个施工周期内的视觉可达性，并提供交互式的优化路径，有利于提前发现并消除标识盲区，保障施工及运营阶段的人员引导效果和安全性。

9、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

10、通过将每个施工阶段子场景生成的可见度映射图作为纹理直接叠加到对应子场景的渲染表面上，利用时间轴插值对相邻施工阶段之间的标识物位置和可见度值进行过渡计算，形成施工全过程的可见度演变序列。可见度映射图并非孤立的统计数值，而是与三维场景表面贴合的像素级信息，当施工阶段子场景随时间推进发生建筑构件增减时，叠加其上的可见度纹理也随之变化，用户沿时间轴浏览渲染帧即可连续观察标识物可视范围随施工进度的扩展、收缩或突变。相邻时间节点的渲染帧之间采用线性插值和对标识物位置的三次样条插值，使标识物的位移轨迹平滑过渡，可见度映射图中的颜色渐变连续无跳变，真实反映施工进程中因结构逐层安装造成的视线逐步遮挡或逐步开放过程。这种序列生成方式避免了离散状态查看造成的遗漏，使施工全过程中诸如临时脚手架、半截隔墙等中间结构对标识物视线的影响得以清晰显现。

11、当用户在对可见度演变序列中任一帧进行拖拽操作调整标识物位置时，系统将二维屏幕坐标通过逆投影变换转换为三维空间的偏移向量，直接叠加到当前施工阶段子场景的标识物位置参数上，并立即触发标识系统仿真单元重新计算该阶段子场景的可见度映射图。调整行为不跳出推演环境，也不需返回原始设计界面单独修改施工图纸，所获得的新可见度映射图随即更新至对应时间点及其后续插值序列中。该机制使得用户能够对施工全过程任意时刻进行“所见即所得”的标识物位置修正，并即刻观察到修正后该阶段及后续阶段可见度的连锁变化，形成连续的“推演—直接拖拽调整—即时刷新”闭环，显著缩短标识系统施工方案的多轮优化时间。