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# 剖面盒优化碰撞检测方案
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## 概述
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通过 Navisworks 剖面盒功能，只处理路径周围的对象，大幅提升大型模型碰撞检测性能。
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## 预期性能提升
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| 模型规模 | 优化前 | 优化后 | 提升倍数 |
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|---------|--------|--------|---------|
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| 10层建筑（全模型） | 80秒 | ~1秒 | **80x** |
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| 单层检测 | 80秒 | ~0.5秒 | **160x** |
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## 核心思路
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1. **路径范围分析** → 计算路径的3D包围盒
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2. **设置剖面盒** → 只保留路径周围一定范围内的模型
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3. **裁剪缓存构建** → 遍历模型时快速跳过剖面外对象
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4. **ClashDetective检测** → 在裁剪后的空间内执行碰撞检测
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## 技术实现
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### 1. 剖面盒辅助类 (`src/Utils/SectionClipHelper.cs`)
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提供剖面盒设置、查询、测试等基础功能。
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#### 关键实现：JSON 方式设置剖面盒
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> ⚠️ **重要发现**：Navisworks 的 `ClipPlaneSet` 对象在用户手工打开剖面功能后会变为**只读**，直接修改属性会导致 `NotSupportedException: Object is Read-Only` 错误。
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>
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||
> **解决方案**：使用 `View.TrySetClippingPlanes(string json)` 方法，通过 JSON 字符串设置剖面盒配置。
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```csharp
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/// <summary>
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/// 构建 ClipPlaneSet 的 JSON 字符串
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/// </summary>
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private static string BuildClipPlaneSetJson(BoundingBox3D box, bool enabled)
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{
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// Navisworks ClipPlaneSet JSON 格式：
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// {
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// "Type": "ClipPlaneSet",
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// "Version": 1,
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// "OrientedBox": {
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// "Type": "OrientedBox3D",
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// "Version": 1,
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// "Box": [[minX, minY, minZ], [maxX, maxY, maxZ]],
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// "Rotation": [0, 0, 0]
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// },
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// "Enabled": true/false
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// }
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return string.Format(
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"{{\"Type\":\"ClipPlaneSet\",\"Version\":1," +
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"\"OrientedBox\":{{\"Type\":\"OrientedBox3D\",\"Version\":1," +
|
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"\"Box\":[[{0},{1},{2}],[{3},{4},{5}]]," +
|
||
"\"Rotation\":[0,0,0]}},\"Enabled\":{6}}}",
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||
box.Min.X.ToString("G17"),
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box.Min.Y.ToString("G17"),
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box.Min.Z.ToString("G17"),
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box.Max.X.ToString("G17"),
|
||
box.Max.Y.ToString("G17"),
|
||
box.Max.Z.ToString("G17"),
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enabled.ToString().ToLowerInvariant());
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||
}
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/// <summary>
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||
/// 应用剖面盒到视口
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/// </summary>
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private static void ApplyClipBox(BoundingBox3D box)
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{
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string json = BuildClipPlaneSetJson(box, true);
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var view = Application.ActiveDocument.ActiveView;
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// 使用 TrySetClippingPlanes 避免异常
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bool success = view.TrySetClippingPlanes(json);
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if (!success)
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{
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// 备选方案：使用 SetClippingPlanes（可能抛出异常）
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view.SetClippingPlanes(json);
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}
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}
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```
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#### API 方法列表
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| 方法 | 功能 | 参数 |
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|------|------|------|
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| `SetClipBoxByPath` | 根据路径点列表设置剖面盒 | `pathPoints`, `marginMeters`, `heightMarginMeters` |
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| `SetClipBoxByPoint` | 根据中心点设置剖面盒 | `centerPoint`, `rangeMeters`, `heightRangeMeters` |
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| `SetClipBoxByFloor` | 根据楼层设置剖面盒 | `floorItem`, `marginMeters` |
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| `ClearClipBox` | 清除剖面盒 | - |
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| `IsPointInClipBox` | 测试点是否在剖面盒内 | `point` |
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| `IntersectsClipBox` | 测试包围盒是否与剖面盒相交 | `box` |
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| `CountObjectsInClipBox` | 统计剖面盒内/外对象数量 | - |
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### 2. 几何缓存优化 (`Core/Collision/ClashDetectiveIntegration.cs`)
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修改 `BuildNonHidddenGeometryItemsCache` 方法，支持剖面过滤：
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```csharp
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private void BuildNonHidddenGeometryItemsCache()
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{
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// ... 原有代码 ...
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// 获取当前剖面盒（如果启用）
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BoundingBox3D clipBox;
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bool hasClipBox = SectionClipHelper.TryGetCurrentClipBox(out clipBox);
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// 遍历模型树
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var stack = new Stack<ModelItem>();
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foreach (var model in _document.Models)
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{
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stack.Push(model.RootItem);
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}
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while (stack.Count > 0)
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{
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var item = stack.Pop();
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// 剖面盒过滤：如果对象在剖面盒外，整棵子树跳过
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if (hasClipBox)
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{
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BoundingBox3D itemBox = item.BoundingBox();
|
||
if (!clipBox.Intersects(itemBox))
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{
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continue; // 剪枝：跳过此节点及其所有子节点
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}
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}
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// ... 原有缓存逻辑 ...
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||
}
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}
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```
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### 3. 通道缓存优化
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修改 `BuildChannelObjectsCache` 方法：
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```csharp
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private void BuildChannelObjectsCache()
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{
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// ... 原有代码 ...
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// 获取当前剖面盒
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BoundingBox3D clipBox;
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bool hasClipBox = SectionClipHelper.TryGetCurrentClipBox(out clipBox);
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foreach (var channel in channels)
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{
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// 剖面盒过滤
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if (hasClipBox)
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{
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||
BoundingBox3D channelBox = channel.BoundingBox();
|
||
if (!clipBox.Intersects(channelBox))
|
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{
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continue; // 跳过剖面外的通道
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}
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}
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||
// ... 原有通道缓存逻辑 ...
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}
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}
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```
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### 4. 空间索引优化（可选）
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`SpatialIndexManager` 利用剖面盒二次过滤：
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```csharp
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public IEnumerable<ModelItem> QueryVisibleItems()
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{
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// 先查询空间索引
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var candidates = _spatialIndex.Query(_viewFrustum);
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// 再用剖面盒过滤
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return candidates.Where(item =>
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||
!SectionClipHelper.IsClipBoxEnabled ||
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||
SectionClipHelper.IntersectsClipBox(item.BoundingBox()));
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}
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```
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## API 使用说明
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### 设置剖面盒
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```csharp
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// 根据路径设置（推荐用于路径规划场景）
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SectionClipHelper.SetClipBoxByPath(
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pathPoints,
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marginMeters: 3.0, // 路径周围水平边距
|
||
heightMarginMeters: 2.0 // 上下高度边距
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||
);
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||
// 根据点设置（推荐用于吊装路径单点场景）
|
||
SectionClipHelper.SetClipBoxByPoint(
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centerPoint,
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rangeMeters: 10.0, // 水平范围
|
||
heightRangeMeters: 5.0 // 高度范围
|
||
);
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||
// 根据楼层设置（推荐用于单层检测）
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||
SectionClipHelper.SetClipBoxByFloor(
|
||
floorItem,
|
||
marginMeters: 1.0 // 楼层周围边距
|
||
);
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||
// 清除剖面盒（恢复全模型显示）
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||
SectionClipHelper.ClearClipBox();
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```
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### 测试点/包围盒
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```csharp
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// 测试点是否在剖面内
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bool inside = SectionClipHelper.IsPointInClipBox(point);
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// 测试包围盒是否与剖面相交
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bool intersects = SectionClipHelper.IntersectsClipBox(box);
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// 获取当前剖面盒
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BoundingBox3D clipBox;
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if (SectionClipHelper.TryGetCurrentClipBox(out clipBox))
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{
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// 使用 clipBox 进行自定义过滤
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}
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```
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### 统计对象数量（调试用）
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```csharp
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// 输出剖面盒内/外对象数量到日志
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SectionClipHelper.CountObjectsInClipBox(
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out int total,
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out int inside,
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out int outside);
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LogManager.Info($"过滤率: {(outside * 100.0 / total):F1}%");
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```
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## 测试结果
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### 基础功能测试（✅ 已完成）
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**测试场景**：10层建筑模型，在模型中心设置 10m x 10m x 5m 剖面盒
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| 指标 | 数值 | 说明 |
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|------|------|------|
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| 总对象数 | 848 | 模型总对象 |
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| 剖面盒内 | 10 | 需要检测的对象 |
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| 剖面盒外 | 838 | 可跳过的对象 |
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| **过滤率** | **98.8%** | 性能提升关键指标 |
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**点检测测试**：
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- 中心点 (-108.50, -2.94, 27.24): `True` ✅
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- 远点 (-8.50, 97.06, 127.24): `False` ✅
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### 性能测试计划
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| 测试项 | 状态 | 预期结果 |
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|--------|------|----------|
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| 10层建筑全模型 | ⏳ 待测 | 80秒 → ~1秒 (80x) |
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| 单层检测 | ⏳ 待测 | 80秒 → ~0.5秒 (160x) |
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| 内存占用分析 | ⏳ 待测 | 无显著增加 |
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## 已知问题与解决方案
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### 问题1：Object is Read-Only 错误
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**现象**：用户手工打开剖面功能后，调用 `clipPlanes.Box = box` 抛出异常。
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**原因**：Navisworks 的 `ClipPlaneSet` 对象在手工操作后变为只读。
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**解决**：使用 JSON 字符串方式设置剖面盒（见上文技术实现）。
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### 问题2：路径跨越多层时优化效果降低
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**现象**：垂直跨越多个楼层的长路径，剖面盒范围大，过滤率下降。
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**建议**：
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1. 分段设置剖面盒（每层单独检测）
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2. 使用多个剖面盒（Navisworks 支持最多 6 个剖面）
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3. 动态调整剖面盒大小
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### 问题3：坐标系单位转换
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**注意**：`SectionClipHelper` 的输入参数使用**米**为单位，内部自动转换为模型单位。
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```csharp
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// 正确：使用米作为输入
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SectionClipHelper.SetClipBoxByPoint(centerPoint, rangeMeters: 10.0);
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// 内部转换逻辑
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double factor = UnitsConverter.GetMetersToUnitsConversionFactor(document.Units);
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double rangeInModelUnits = rangeMeters * factor;
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```
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## 文件变更清单
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### 新增文件
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| 文件路径 | 说明 |
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|----------|------|
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| `src/Utils/SectionClipHelper.cs` | 剖面盒辅助类（JSON 方式设置） |
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### 修改文件
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| 文件路径 | 修改内容 |
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|----------|----------|
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| `src/Core/Collision/ClashDetectiveIntegration.cs` | 添加剖面过滤支持到缓存构建 |
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||
| `src/UI/WPF/Views/SystemManagementView.xaml` | 添加剖面盒测试按钮 |
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| `src/UI/WPF/ViewModels/SystemManagementViewModel.cs` | 添加 `ExecuteTestSectionClip()` 方法 |
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## 集成到碰撞检测流程
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### 步骤1：路径规划后自动设置剖面盒
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```csharp
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// 在 PathPlanningManager 中
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public void GeneratePath(PathRequest request)
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{
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// ... 路径计算 ...
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||
// 自动设置剖面盒
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||
if (pathPoints != null && pathPoints.Count > 0)
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||
{
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||
SectionClipHelper.SetClipBoxByPath(
|
||
pathPoints,
|
||
marginMeters: 3.0, // 可配置
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||
heightMarginMeters: 2.0);
|
||
}
|
||
|
||
// ... 后续处理 ...
|
||
}
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||
```
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||
### 步骤2：碰撞检测前应用过滤
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||
```csharp
|
||
// 在 ClashDetectiveIntegration 中
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||
public async Task<CollisionResult> PerformCollisionDetectionAsync()
|
||
{
|
||
// 1. 构建缓存时自动应用剖面过滤
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||
BuildNonHidddenGeometryItemsCache();
|
||
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||
// 2. 执行检测（只处理剖面内对象）
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var result = await RunClashDetectionAsync();
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||
// 3. 可选：检测完成后清除剖面盒
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// SectionClipHelper.ClearClipBox();
|
||
|
||
return result;
|
||
}
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||
```
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||
### 步骤3：UI 交互控制
|
||
|
||
```xml
|
||
<!-- 在路径编辑界面添加剖面盒控制 -->
|
||
<CheckBox Content="启用剖面盒优化" IsChecked="{Binding EnableSectionClip}" />
|
||
<Button Content="设置剖面盒到当前路径" Command="{Binding SetClipBoxCommand}" />
|
||
<Button Content="清除剖面盒" Command="{Binding ClearClipBoxCommand}" />
|
||
```
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||
|
||
---
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||
## 后续优化方向
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1. **多剖面盒支持**：利用 Navisworks 支持 6 个剖面的特性，处理复杂路径
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2. **动态剖面盒**：动画播放时动态调整剖面盒位置
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3. **智能边距计算**：根据车辆尺寸自动计算合适的边距
|
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4. **剖面盒可视化**：在 3D 视图中显示剖面盒边界
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## 参考文档
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- Navisworks API: `doc/navisworks_api/NET/documentation/NetAPIHtml/html/T_Autodesk_Navisworks_Api_ClipPlaneSet.htm`
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||
- `View.SetClippingPlanes` - JSON 方式设置剖面盒
|
||
- `View.TrySetClippingPlanes` - 安全设置剖面盒（返回 bool）
|
||
- `ClipPlaneSet` 属性（只读场景下慎用）
|