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大家好！今天咱们要聊的话题，BIM软件需要怎样的几何内核？
工业软件掐脖子这个话题这几年很火，几何内核就是其中关键技术之一。几何内核？大家马上想到Parasolid、ACIS、OpenCASCADE，他们都比较通用，但是内容太多了，很多和BIM无关。
对于BIM软件，大家一直在争论它需要什么样的几何能力，但我认为答案其实一直是客观存在的，直接找标杆软件即可。
下面的内容非常技术化，我们来从Revit API的几何类库来看看BIM软件需要具备什么样的几何内核。今天只是从几何角度让有个直观的概念，复杂的几何操作先不涉及，如果想要深入讨论细节，这个视频就不够了，可以在评论区留言。
在开始进入技术细节之前，我用通俗的话来解释一下几何内核到底干了什么事情。几何，从逻辑上来讲，就是点、线、面、体，以及他们之间的关系，或者说对他们进行操作。三维空间中的任意物体都可以用点线面体来表达，三维设计软件的所有操作不过是把它从一种状态变到另外一种状态。操作前后的状态都是确定的，可以用点线面体来表示。所以，理论上，任何复杂的几何变换，只要是能被描述出来的，算法就应该可以解决。
接下来，我们就根据这张表，一起拆解BIM世界里的“点线面体”，看看它们在API里是怎么被定义、怎么被操作的。
首先，咱们得搞清楚Revit API的几何体系是怎么搭起来的。就像盖房子先有地基一样，所有几何对象都有一个共同的“老祖宗”——基类GeometryObject。这个基类看上去平平无奇，但实际上可不简单，它定义了所有几何图形的通用能力：比如判断两个几何图形是不是一样、设置显示样式、控制可见性，还有判断这个几何图形是不是直接属于某个BIM构件。很多时候，魔鬼都藏在细节，想一下“判断这个几何图形是不是直接属于某个BIM构件”，这个设计意味着什么？几何元素可以快速找到它对应的构件。那么，相比商业或者开源内核，它是特有的，针对BIM场景的，它更加好用，方便代码的编写，提升研发效率，最终会反应到软件产品的质量和性能上。当然，难点是怎么实现这个接口下面的一整套逻辑，把几何和构件关联起来，如果你做得不好，可能就是累赘了。
在这个基类之下，就分化出了我们最熟悉的“点线面体”四大核心成员，还有两个“集合管家”：
•点：对应Point类，是整个几何世界的最小单元；
•线：不只有简单的Line，还有Arc（圆弧）、Ellipse（椭圆）、CylindricalHelix（螺旋线）这些复杂类型，统一归在Curve大类下，还有Edge（边）、PolyLine（多段线）；
•面：包括Face（面）和Mesh（网格面），Face又细分出平面、圆柱面、圆锥面等多种类型；
•体：就是Solid（实体），是三维实体BIM构件的最终形态；
集合类：GeometryElement和GeometryInstance，专门用来管理多个几何图形的集合，比如一个构件可能包含多个面和多个体，就靠它们来组织。为什么要设计这两个集合类？他们的好处是什么？推导过程这里就不解释了，答案是他们是针对构件图元，或者说是对Element进行了针对性的设计，最终会反应到软件产品的质量和性能的提升上。
简单说，这个体系就像“原子-分子-物质”的结构，点构成线，线构成面，面构成体，最终组装成我们看到的BIM模型。这里再说一句，这个几何体系是按照BRep来设计的，其他软件厂商大多也是按照BRep实现的，但会有微小的差异。就像德国哲学家莱布尼茨说的：“世界上没有两片完全相同的树叶”。但他们都是叶子，引申出来，每个软件的BRep都是BRep，没有标准答案。
聊完框架，咱们从最基础的“点”开始。Revit API里的Point类，看起来简单，但核心全靠一个“万能工具”——XYZ结构体。为什么说它万能？因为它既可以表示三维空间中的一个点（比如构件的角点坐标），也可以表示一个向量（比如构件的朝向、移动的方向）。可以把它看成几何世界里的“基本粒子”。
创建一个点很简单，只要调用Point.Create方法，传入一个XYZ坐标就行。而XYZ自带了一系列实用操作，咱们挑几个BIM工作中常用的说说：
•计算距离：用DistanceTo方法计算两个点之间的直线距离；
•向量运算：想知道两个构件的方向夹角？用AngleTo方法；想计算方向？靠叉乘（CrossProduct）和点乘（DotProduct）；
•其他基础操作：加减乘除能实现点的移动、缩放，Normalize方法能把向量标准化，方便统一计算方向。
还有几个现成的常量特别好用，XYZ.Zero是原点，BasisX、BasisY、BasisZ分别对应X、Y、Z三个坐标轴方向，比如想让构件沿着X轴移动，直接用BasisX当方向向量就行，不用自己手动输入坐标。
有了点，接下来就是连接点的“线”。Revit API里的Curve家族特别庞大，除了直线（Line），还有圆弧（Arc）、螺旋线（CylindricalHelix）、Nurbs曲线这些复杂类型，几乎能满足所有BIM建模的线型需求。
每种线都有专门的创建方法，比如创建圆弧，既可以用“三点确定一个圆”的方式，也可以指定平面、半径和起止角度，非常灵活。而不管哪种线，都有一些通用的核心能力，咱们结合实际应用场景说说：
•长度相关：Length能拿到精确长度，ApproximateLength是粗略长度，可以根据需求使用，比如计算管线的长度来算工程量；
•端点操作：GetEndPoint能获取线的起点和终点，GetEndParameter能拿到端点的参数，方便调整线的位置；
•实用操作：CreateOffset能实现线的偏移，比如绘制墙的时候偏移轴线；CreateReversed能反转线的方向，Project能把一个点投影到线上，比如判断某个设备是否在线路上方。
线与线之间的关系也很重要，ComputeClosestPoints能找到两条线的最近点，避免管线碰撞；Intersect方法能计算两条线的交点，比如确定构件的连接位置。
上面这些操作，总结下来，可以认为是线和点，以及线和线的关系。
另外，不同类型的线也会有各自的特点，这里就不展开说明了，大家可以带着问题自己去翻翻Revit API文档。大家可以思考一下，比如，为什么圆弧的接口要这样设计？和商用内核或者开源内核为什么有差异？这些差异的优劣是什么？
线再进一步，就能构成“面”。Revit API里的Face，其实是由“Surface”（曲面）和一圈闭合的Edge（边）组成的。比如墙的表面是平面（PlanarFace），柱子的侧面是圆柱面（CylindricalFace），每种面都对应一种专门的Surface类型。
面的核心操作，总结起来就是面和点、面和线，以及面和面：
•面和点：IsInside能判断一个点是否在面内，Project能把三维点投影到面上，比如判断设备是否在楼板范围内；
•面和线：Intersect方法能计算线与面的交点，比如确定管线穿透墙体的位置；
•面和面：两个面之间也能通过Intersect求交，比如计算两个构件的交线，方便调整构件位置。
篇幅所限，这里就不展开说明了，大家仍然可以带着问题自己去翻翻Revit API文档。思考一下，为什么圆柱面的接口要这样设计？和商用内核或者开源内核为什么有差异？这些差异的优劣是什么？
最后，面组合起来就形成了BIM模型的核心——“体”（Solid）。一个Solid是由多个Face和Edge构成的三维实体，比如柱子、楼板、梁，本质上都是Solid对象。
创建Solid有两种主要方式，一种是用BRepBuilder手动搭建，另一种是用GeometryCreationUtilities类提供的现成方法，后者更常用，咱们挑几个重点说说：
•拉伸（Extrusion）：把一个闭合的轮廓线沿着某个方向拉伸，比如把矩形轮廓拉伸成墙体；
•扫略（Swept）：让闭合轮廓线沿着一条路径移动，形成实体，比如让圆形轮廓沿着曲线移动，形成弯管；
•放样（Loft）：在多个闭合截面之间创建平滑的实体，比如创建异形的屋顶；
•旋转（Revolved）：让轮廓线绕着某个轴旋转，形成实体，比如创建圆环。
Solid的属性也很实用，Volume能拿到体积，SurfaceArea是表面积，直接用来算工程量再方便不过。而体与体之间的“布尔运算”，Union（并集）能把两个实体合并，Difference（差集）能从一个实体中减去另一个，Intersect（交集）能拿到两个实体的重叠部分。比如创建异形构件时，先做一个基本实体，再用差集减去多余部分，就能得到想要的形状。
Solid还有一系列其它操作，大家可以参考对应的接口。总结下来，还是可以按照体与点、体与面、体与体的关系，用这个框架去理解体的逻辑。
回到开头的问题，BIM软件需要怎样的几何内核？Revit API给的接口本身就是一个完整的设计，基本上已经给出BIM软件几何内核的基本要求。难点在于它为什么要这么设计？肯定是基于Revit的历史和现实处境才这么做的。那么，如果你要写个BIM软件的几何内核，你该怎么做？参考多少？参考哪个部分？这个就需要大家自己在实践中去寻找答案了。
本期视频的内容，主要来自我的Revit API几何专题博客，想要深入学习代码细节的朋友，可以去CSDN搜索“Revit API 几何专题”。
感谢大家的观看，咱们下回见！