修复SDF标记阶段在Z方向应用安全间隙的问题

问题:
- SDF标记阶段使用了3D距离判断(distance < safetyMargin)
- 导致薄楼板上下0.6米范围内的体素都被标记为障碍物
- 违反了"车辆只会侧面或顶部碰撞"的设计原则

解决方案:
- SDF标记阶段只标记几何体内部(distance < 0)为障碍物
- 移除SDF阶段的安全间隙判断(minPassableDistance)
- 安全间隙只在后续的XY平面膨胀阶段应用

效果:
- 薄楼板只在其实际占据的Z层被标记为障碍物
- 楼板上下空间不会被错误标记
- 安全间隙仅在水平方向(XY平面)生效

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tian 2025-10-12 21:12:27 +08:00
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@ -11,213 +11,10 @@ namespace NavisworksTransport.PathPlanning
{
/// <summary>
/// 体素网格生成器 - 从 Navisworks BIM 模型生成 3D 体素网格
/// 阶段 1 原型版本:使用简单的包围盒方法进行体素化
/// 使用 SDF (Signed Distance Field) 方法进行精确体素化
/// </summary>
public class VoxelGridGenerator
{
/// <summary>
/// 从 BIM 模型生成体素网格(简化版 - 使用包围盒)
/// </summary>
/// <param name="bounds">网格边界(世界坐标,模型单位)</param>
/// <param name="voxelSizeMeters">体素尺寸(米)</param>
/// <param name="vehicleRadiusMeters">车辆半径(米),用于膨胀障碍物</param>
/// <param name="vehicleHeightMeters">车辆高度(米),用于检测通行空间</param>
/// <param name="modelItems">BIM 模型元素列表</param>
/// <returns>生成的体素网格</returns>
public VoxelGrid GenerateFromBIM(
BoundingBox3D bounds,
double voxelSizeMeters,
double vehicleRadiusMeters,
double vehicleHeightMeters,
IEnumerable<ModelItem> modelItems)
{
var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
LogManager.Info("=== 开始体素网格生成(简单包围盒方法) ===");
// 第一步:单位转换(米 → 模型单位)
double metersToModelUnits = UnitsConverter.GetMetersToUnitsConversionFactor(
Autodesk.Navisworks.Api.Application.ActiveDocument.Units);
double voxelSizeInModelUnits = voxelSizeMeters * metersToModelUnits;
double vehicleRadiusInModelUnits = vehicleRadiusMeters * metersToModelUnits;
double vehicleHeightInModelUnits = vehicleHeightMeters * metersToModelUnits;
LogManager.Info($"单位转换系数: {metersToModelUnits:F4}");
LogManager.Info($"体素尺寸: {voxelSizeMeters}米 = {voxelSizeInModelUnits:F2}模型单位");
LogManager.Info($"车辆半径: {vehicleRadiusMeters}米 = {vehicleRadiusInModelUnits:F2}模型单位");
LogManager.Info($"车辆高度: {vehicleHeightMeters}米 = {vehicleHeightInModelUnits:F2}模型单位");
// 第二步:创建体素网格
var voxelGrid = new VoxelGrid(bounds, voxelSizeInModelUnits);
LogManager.Info($"创建体素网格: {voxelGrid.SizeX} × {voxelGrid.SizeY} × {voxelGrid.SizeZ} = {voxelGrid.TotalVoxels:N0} 个体素");
// 第三步:提取模型元素并分类
var obstacleItems = new List<(ModelItem item, BoundingBox3D bbox, LogisticsElementType type)>();
int processedCount = 0;
int skippedCount = 0;
foreach (var item in modelItems)
{
processedCount++;
// 跳过没有几何体的元素
if (!item.HasGeometry)
{
skippedCount++;
continue;
}
// 获取包围盒
var bbox = item.BoundingBox();
if (bbox == null)
{
skippedCount++;
continue;
}
// 获取物流类型(从自定义属性或使用默认值)
var elementType = GetLogisticsElementType(item);
obstacleItems.Add((item, bbox, elementType));
}
LogManager.Info($"模型元素统计: 总数={processedCount}, 有效={obstacleItems.Count}, 跳过={skippedCount}");
// 第四步:体素化 - 使用包围盒标记障碍物
int obstacleVoxelCount = 0;
int passableVoxelCount = 0;
foreach (var (item, bbox, elementType) in obstacleItems)
{
// 判断是否为障碍物
bool isObstacle = IsObstacleType(elementType);
// 体素化该包围盒
int markedCount = VoxelizeBoundingBox(
voxelGrid,
bbox,
isObstacle,
elementType,
item,
vehicleRadiusInModelUnits);
if (isObstacle)
obstacleVoxelCount += markedCount;
else
passableVoxelCount += markedCount;
}
LogManager.Info($"体素标记完成: 障碍物体素={obstacleVoxelCount:N0}, 可通行体素={passableVoxelCount:N0}");
// 第五步:统计信息
var (total, passable, obstacle) = voxelGrid.GetStatistics();
double passableRatio = (double)passable / total * 100.0;
stopwatch.Stop();
LogManager.Info($"=== 体素网格生成完成 ===");
LogManager.Info($"总体素数: {total:N0}");
LogManager.Info($"可通行体素: {passable:N0} ({passableRatio:F1}%)");
LogManager.Info($"障碍物体素: {obstacle:N0} ({100 - passableRatio:F1}%)");
LogManager.Info($"生成耗时: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} ms ({stopwatch.Elapsed.TotalSeconds:F2} 秒)");
return voxelGrid;
}
/// <summary>
/// 使用包围盒标记体素
/// </summary>
/// <param name="voxelGrid">体素网格</param>
/// <param name="bbox">包围盒(模型单位)</param>
/// <param name="isObstacle">是否为障碍物</param>
/// <param name="elementType">元素类型</param>
/// <param name="sourceItem">源模型元素</param>
/// <param name="inflationRadius">膨胀半径(模型单位),用于障碍物</param>
/// <returns>标记的体素数量</returns>
private int VoxelizeBoundingBox(
VoxelGrid voxelGrid,
BoundingBox3D bbox,
bool isObstacle,
LogisticsElementType elementType,
ModelItem sourceItem,
double inflationRadius)
{
int markedCount = 0;
// 膨胀包围盒(仅对障碍物)
BoundingBox3D inflatedBbox = bbox;
if (isObstacle && inflationRadius > 0)
{
double inflation = inflationRadius;
inflatedBbox = new BoundingBox3D(
new Point3D(bbox.Min.X - inflation, bbox.Min.Y - inflation, bbox.Min.Z - inflation),
new Point3D(bbox.Max.X + inflation, bbox.Max.Y + inflation, bbox.Max.Z + inflation)
);
}
// 计算包围盒覆盖的体素范围
var (minX, minY, minZ) = voxelGrid.WorldToVoxel(inflatedBbox.Min);
var (maxX, maxY, maxZ) = voxelGrid.WorldToVoxel(inflatedBbox.Max);
// 遍历该范围内的所有体素
for (int x = Math.Max(0, minX); x <= Math.Min(voxelGrid.SizeX - 1, maxX); x++)
{
for (int y = Math.Max(0, minY); y <= Math.Min(voxelGrid.SizeY - 1, maxY); y++)
{
for (int z = Math.Max(0, minZ); z <= Math.Min(voxelGrid.SizeZ - 1, maxZ); z++)
{
// 检查体素中心是否在膨胀后的包围盒内
Point3D voxelCenter = voxelGrid.VoxelToWorldCenter(x, y, z);
if (IsPointInBoundingBox(voxelCenter, inflatedBbox))
{
var cell = voxelGrid.GetCell(x, y, z);
// 标记体素
if (isObstacle)
{
// 障碍物:标记为不可通行
cell.SetAsObstacle(sourceItem);
cell.Type = elementType;
}
else
{
// 可通行元素(门、通道等):保持可通行,但设置类型
// 注意:不覆盖已经标记为障碍物的体素
if (cell.IsPassable)
{
cell.Type = elementType;
cell.SourceItem = sourceItem;
// 设置速度限制(根据类型)
if (elementType == LogisticsElementType.)
{
cell.SpeedLimit = 1.0; // 门的速度限制 1 m/s
}
else if (elementType == LogisticsElementType.)
{
cell.SpeedLimit = 0.5; // 楼梯速度限制 0.5 m/s
}
}
}
markedCount++;
}
}
}
}
return markedCount;
}
/// <summary>
/// 检查点是否在包围盒内
/// </summary>
private bool IsPointInBoundingBox(Point3D point, BoundingBox3D bbox)
{
return point.X >= bbox.Min.X && point.X <= bbox.Max.X &&
point.Y >= bbox.Min.Y && point.Y <= bbox.Max.Y &&
point.Z >= bbox.Min.Z && point.Z <= bbox.Max.Z;
}
/// <summary>
/// 获取模型元素的物流类型
@ -327,11 +124,28 @@ namespace NavisworksTransport.PathPlanning
var voxelGrid = new VoxelGrid(bounds, voxelSizeInModelUnits);
LogManager.Info($"创建体素网格: {voxelGrid.SizeX} × {voxelGrid.SizeY} × {voxelGrid.SizeZ} = {voxelGrid.TotalVoxels:N0} 个体素");
// 第三步:提取障碍物几何体并转换为 DMesh3
// 第三步:过滤模型元素 - 排除门,只保留真正的障碍物
LogManager.Info("开始过滤模型元素(排除门)...");
var filterStopwatch = Stopwatch.StartNew();
int totalItemsCount = obstacleItems.Count();
var filteredItems = obstacleItems.Where(item =>
{
var elementType = GetLogisticsElementType(item);
// 排除门:门留出空洞,不作为障碍物
// 保留真正的障碍物
return elementType != LogisticsElementType. && IsObstacleType(elementType);
}).ToList();
filterStopwatch.Stop();
LogManager.Info($"元素过滤完成,耗时: {filterStopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");
LogManager.Info($"元素统计: 总数={totalItemsCount}, 过滤后={filteredItems.Count}, 排除的门={totalItemsCount - filteredItems.Count}");
// 第四步:提取障碍物几何体并转换为 DMesh3
LogManager.Info("开始提取障碍物几何体...");
var geometryStopwatch = Stopwatch.StartNew();
DMesh3 obstacleMesh = NavisworksToDMesh3Converter.ConvertFromModelItems(obstacleItems);
DMesh3 obstacleMesh = NavisworksToDMesh3Converter.ConvertFromModelItems(filteredItems);
geometryStopwatch.Stop();
LogManager.Info($"几何体提取完成,耗时: {geometryStopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");
@ -375,7 +189,8 @@ namespace NavisworksTransport.PathPlanning
int passableCount = 0;
int boundaryCount = 0;
double minPassableDistance = safetyMarginInModelUnits;
// SDF阶段不使用安全间隙只标记几何体内部为障碍物
// 安全间隙在后续的XY平面膨胀阶段应用
// 获取 SDF 网格的原点和单元尺寸
Vector3f sdfOrigin = sdf.GridOrigin;
@ -416,11 +231,10 @@ namespace NavisworksTransport.PathPlanning
var cell = voxelGrid.GetCell(x, y, z);
cell.Distance = distance;
// 判断可通行性
// 判断可通行性 - SDF阶段只标记几何体内部为障碍物
// 距离 < 0: 在障碍物内部 → 不可通行
// 距离 < minPassableDistance: 在安全间隙内 → 不可通行
// 距离 >= minPassableDistance: 安全区域 → 可通行
if (distance < minPassableDistance)
// 距离 >= 0: 在障碍物外部 → 可通行
if (distance < 0)
{
cell.SetAsObstacle();
cell.Type = LogisticsElementType.;
@ -467,10 +281,9 @@ namespace NavisworksTransport.PathPlanning
{
LogManager.Error($"MeshSignedDistanceGrid 计算失败: {ex.Message}");
LogManager.Error($"堆栈跟踪: {ex.StackTrace}");
LogManager.Warning("回退到简单包围盒方法");
// 如果 SDF 失败,回退到包围盒方法
return GenerateFromBIM(bounds, voxelSizeMeters, vehicleRadiusMeters, vehicleHeightMeters, obstacleItems);
// 不使用 fallback直接抛出异常让问题暴露
throw new InvalidOperationException("SDF 体素网格生成失败,无法继续", ex);
}
// 第七步:统计信息