IFC转Mesh/BRep

本文介绍如何利用IfcOpenShell读取IFC文件中的几何数据并生成网格或BREP。另一种方法是使用这个在线3D转换工具，可以将IFC转换为GLTF、GLB、OBJ、PLY等8种格式。

一、IfcOpenShell简介

IfcOpenShell 是一个用于处理 IFC 数据的库，采用 LGPL 3.0（自由和开源）许可。

IfcOpenShell的功能包括：

解析ifc
从 ifc 表示创建几何体
使用 pythonOCC 显示几何体
提供Blender 的 Ifc 导入器
提供3ds Max 的 Ifc 导入器
将几何体转换为多种格式

一些使用 IfcOpenShell 的项目包括：

FreeCAD：参数化 CAD 建模器，包括 BIM 工作台
BIMserver ：多用户自托管 BIM 平台，带有插件生态系统以查看、分析、合并等……

在本文中，我们将使用一个从 ifc 实体生成网格体的函数，在我们的例子中是 IfcWall，看看我们可以得到什么结果。

二、获取原始IFC文件

首先使用 FreeCAD 创建一个简单墙并导出为 .ifc 文件：

先决条件：已安装 IfcOpenShell。此处使用的版本：0.6.0a1

三、IFC转网格体

首先我们需要引入 ifcopenshell 并打开 ifc 文件：

import ifcopenshell
from ifcopenshell import geom


def read_geom(ifc_path):

    ifc_file = ifcopenshell.open(ifc_path)

    settings = geom.settings()

geom.settings 用于设置转换选项。默认情况下，ifcopenshell 生成具有顶点、边和面的网格。

ifc_file.by_type("IfcClass")是获取所选类（包括子类）的所有元素的一种非常方便的方法。因此，如果使用 IfcBuildingElement，它还将包括 IfcWall、IfcWindow、IfcSlab、IfcBeam 等……

geom.create_shape(settings, ifc_entity) 是将 ifc 实体转换为网格的函数。我们可以观察到顶点存储在单个元组中，而不是 xyz 三元组。边和面也一样。

    for ifc_entity in ifc_file.by_type("IfcWall"):
        shape = geom.create_shape(settings, ifc_entity)
        # ios stands for IfcOpenShell
        ios_vertices = shape.geometry.verts
        ios_edges = shape.geometry.edges
        ios_faces = shape.geometry.faces

        # IfcOpenShell store vertices in a single tuple, same for edges and faces
        print(ios_vertices)
        print(ios_edges)
        print(ios_faces)
        """ Above will result in :
(0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 3.0, 10.0, 0.0, 0.0, 10.0, 0.0, 3.0, 10.0, 0.2, 0.0, 10.0, 0.2, 3.0, 0.0, 0.2, 0.0, 0.0, 0.2, 3.0)
(0, 1, 1, 3, 0, 2, 2, 3, 2, 3, 2, 4, 3, 5, 4, 5, 4, 5, 5, 7, 4, 6, 6, 7, 6, 7, 0, 6, 1, 7, 0, 1, 0, 6, 0, 2, 4, 6, 2, 4, 1, 7, 1, 3, 5, 7, 3, 5)
(1, 0, 3, 3, 0, 2, 3, 2, 4, 5, 3, 4, 5, 4, 7, 7, 4, 6, 7, 6, 0, 1, 7, 0, 0, 6, 2, 2, 6, 4, 3, 7, 1, 5, 7, 3)
"""

很明显，顶点是 x,y,z 一个接一个的三元组。但是如何定义边和面呢？边是由 2 个顶点包围的线，但我们看到的值不是顶点。网格中的面是由 3 个顶点和 3 条边界定的三角形表面。如果我们制作一组边和面值，我们会得到一组长度为 8 的值。

        print(set(ios_edges))
        print(set(ios_faces))
        """ Above will result in :
{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}
"""

如果我们按 3 个值 (x,y,z) 对顶点进行分组，按 2 个值 (vertex1, vertex2) 对边进行分组，按 3 个值对面进行分组（3 个顶点或 3 条边），我们会看到我们的墙几何体由 8 个顶点、24 条边和12个面定义。边和面值都是顶点索引。

        # Let's parse it and prepare it for FreeCAD import
        vertices = [
            FreeCAD.Vector(ios_vertices[i : i + 3])
            for i in range(0, len(ios_vertices), 3)
        ]
        edges = [ios_edges[i : i + 2] for i in range(0, len(ios_edges), 2)]
        faces = [tuple(ios_faces[i : i + 3]) for i in range(0, len(ios_faces), 3)]

        print(
            f"This {ifc_entity.is_a()} has been defined by {len(vertices)} vertices, {len(edges)} edges and {len(faces)} faces"
        )
        print(vertices)
        print(edges)
        print(faces)
        """ Above will result in :
This IfcWall has been defined by 8 vertices, 24 edges and 12 faces
[(0.0, 0.0, 0.0), (0.0, 0.0, 3.0), (10.0, 0.0, 0.0), (10.0, 0.0, 3.0), (10.0, 0.2, 0.0), (10.0, 0.2, 3.0), (0.0, 0.2, 0.0), (0.0, 0.2, 3.0)]
[(0, 1), (1, 3), (0, 2), (2, 3), (2, 3), (2, 4), (3, 5), (4, 5), (4, 5), (5, 7), (4, 6), (6, 7), (6, 7), (0, 6), (1, 7), (0, 1), (0, 6), (0, 2), (4, 6), (2, 4), (1, 7), (1, 3), (5, 7), (3, 5)]
[(1, 0, 3), (3, 0, 2), (3, 2, 4), (5, 3, 4), (5, 4, 7), (7, 4, 6), (7, 6, 0), (1, 7, 0), (0, 6, 2), (2, 6, 4), (3, 7, 1), (5, 7, 3)]
"""
        return {"vertices": vertices, "edges": edges, "faces": faces}

当然 FreeCAD 已经有更好的方法来导入 IfcWall ，但让我们使用自己的网格来生成几何图形：

import FreeCAD
import FreeCADGui
import Mesh

if __name__ == "__main__":
    mesh_values = read_geom(
        "/home/cyril/git/pythoncvc.net/IfcOpenShellSamples/Wall.ifc"
    )

    # Create a FreeCAD geometry. A FreeCAD can take vertices and faces as input
    mesh = Mesh.Mesh((mesh_values["vertices"], mesh_values["faces"]))
    # Ifc lenght internal unit : meter. FreeCAD internal unit : mm.
    scale_factor = 1000
    matrix = FreeCAD.Matrix()
    matrix.scale(scale_factor, scale_factor, scale_factor)
    mesh.transform(matrix)

    # Allow you to embed FreeCAD in python https://www.freecadweb.org/wiki/Embedding_FreeCAD
    FreeCADGui.showMainWindow()
    doc = FreeCAD.newDocument()

    # Add geometry to FreeCAD scenegraph (Coin)
    fc_mesh = doc.addObject("Mesh::Feature", "IfcMesh")
    fc_mesh.Mesh = mesh

    # Set Draw Style to display mesh edges. Orient view and fit to wall
    FreeCADGui.runCommand("Std_DrawStyle",1) 
    FreeCADGui.Selection.addSelection(fc_mesh)
    FreeCADGui.activeView().viewIsometric()
    FreeCADGui.SendMsgToActiveView("ViewSelection")
    
    FreeCADGui.exec_loop()

上图是在 FreeCAD 中生成的几何图形，网格可以快速显示，但它通常不是你想要在 BIM 创作软件中使用的内容。所以下次我们将看到如何生成边界表示。

完整的源代码可在此处获得。

四、IFC转BREP

前面我们使用 IfcOpenShell (IOS) 的标准设置来读取正在生成网格的 ifc 几何体。要生成其他内容，让我们看一下可用的设置。

如果你的 IDE 提供了良好的自动完成功能，你将能够看到有哪些选项，但看不到它们的含义。通过使用其中一个选项作为关键字在 IOS 存储库中进行快速搜索，可以很快找到一个名为 IfcGeomIteratorSettings.h 的头文件，其中包含所有定义：

/// Specifies whether to use the Open Cascade BREP format for representation
/// items rather than to create triangle meshes. This is useful is IfcOpenShell
/// is used as a library in an application that is also built on Open Cascade.
USE_BREP_DATA = 1 << 3,

BREP 代表边界表示，这可能是你在对参数化风管或管道及其相关组件建模时想要使用的。在 python 中定义设置如下：

    # Define settings
    settings = geom.settings()
    settings.set(settings.USE_BREP_DATA, True)

如果将生成的 brep 数据写入文件，你将看到它实际上是设置说明中建议的OpenCascade BREP 格式。

    shape = geom.create_shape(settings, ifc_entity)
    # occ stands for OpenCascade 
    occ_shape = shape.geometry.brep_data

    # IfcOpenShell generate an Open Cascade BREP 
    with open("IfcOpenShellSamples/brep_data", "w") as file:
        file.write(occ_shape)

幸运的是，被视为 FreeCAD 核心组件的 Part 模块也基于 Open Cascade，这使得将几何体导入 FreeCAD 变得如此简单：

    # Create FreeCAD shape from Open Cascade BREP
    fc_shape = Part.Shape()
    fc_shape.importBrepFromString(occ_shape)
    
    # Ifc lenght internal unit : meter. FreeCAD internal unit : mm.
    fc_shape.scale(1000)
    
    # Add geometry to FreeCAD scenegraph (Coin)
    fc_part = doc.addObject("Part::Feature", "IfcPart")
    fc_part.Shape = fc_shape

不要忘记在文件顶部导入Part而不是Mesh。

如果我们使用此处提供的完整代码为之前文章中的墙生成几何图形，将获得相同的实体，但这次不是网格（没有三角形）：

上面只导入了 IfcWall 实体，现在让我们从 wikilab.ifc 的 wikihouse 项目导入 IfcElement 实体，得到以下几何图形：

当然 FreeCAD 仍然有更好的导入方式，但如果你激活着色模式，会得到更好的效果：

原文链接：IfcOpenShell – Read Geom As Brep

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