CN116342724A - 热力图对象生成方法、装置以及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种热力图对象生成方法、热力图对象生成装置以及计算机可读存储介质。该热力图对象生成方法包括：基于若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取若干辐射点的偏移坐标值；基于若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面；利用若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成热力图平面的纹理数据；利用热力图平面以及纹理数据生成热力图对象。通过上述方式，热力图对象生成装置通过自定义文件中的点位信息自动在和现实世界位置一致的地方生成立体热力图对象，该方法操作简单、高效，且能和现实世界精确对应，对于数字孪生城市的建设具有重要意义。
Description
技术领域
本申请涉及数字孪生技术领域，特别是涉及一种热力图对象生成方法、热力图对象生成装置以及计算机可读存储介质。
背景技术
数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
基于数字孪生技术，数字孪生城市的概念逐步进入大众视野。数字孪生城市即通过使用大量真实的GIS(地理信息系统，Geographic Information System)数据来构建超大规模的现实城市，实现实体城市向数字空间的全息投影，从而增强城市治理灵敏感知、快速分析、快速决策、迅捷处置能力。该技术不仅对视觉效果的逼真度和运行流畅度都有了更高的要求，同时需要能准确实现现实城市和数字孪生城市的精准定位统一。
GIS引擎在数据层面具有很强的“兼容性”，针对数字孪生城市建设的需要，对各行业所需要的数据格式(遥感影像、矢量数据、倾斜摄影、BIM(建筑信息模型，BuildingInformation Modeling)))等，都可以进行统一的管理和整合；而且GIS引擎对于各个标准的地理坐标系统和投影坐标系统具有强大的支持，能与真实世界高精度贴合；而游戏引擎，以虚幻引擎为例，其核心优势在于强大的“场景表现力”，一方面通过实时动态的渲染，可以构建丰富精细的场景表现，以便更好地还原我们“看到”的这个世界；另一方面强大的物理引擎可以真实模拟现实世界的运行规则。但是GIS引擎对数据的显示和效果难以满足数字孪生城市的逼真性和流畅度要求；而游戏引擎一方面缺少对GIS数据的支持，无法利用现有数据进行大规模程序化建模，另一方面无法将引擎内场景与真实世界进行精确对应。因此，如果将两者的优势结合在一起，通过在虚幻引擎中支持GIS数据的数据管理、场景构建、可视化表达，形成一套高效的技术解决方案，那么必将大大推动“数字孪生城市”的发展。
发明内容
本申请提供了一种热力图对象生成方法、热力图对象生成装置以及计算机可读存储介质。
本申请提供了一种热力图对象生成方法，所述热力图对象生成方法包括：
基于所述若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取所述若干辐射点的偏移坐标值；
基于所述若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面；
利用所述若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成所述热力图平面的纹理数据；
利用所述热力图平面以及所述纹理数据生成热力图对象。
其中，所述基于所述若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取所述若干辐射点的偏移坐标值，包括：
获取若干辐射点的点位信息，所述点位信息包括第一经纬度以及辐射强度；
将所述若干辐射点在原来坐标系的第一经纬度转换为统一坐标系的第二经纬度；
基于引擎世界原点的经纬度，以及所述若干辐射点的第二经纬度获取所述若干辐射点的偏移坐标值。
其中，所述基于所述若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面，包括：
基于所述若干辐射点的偏移坐标值进行插值，获取若干插值点；
基于每一数据点的插值距离，以及辐射点数量，获取每一数据点的高度坐标值；
利用所述若干数据点的偏移坐标值和高度坐标值生成所述热力图平面。
其中，所述高度坐标值与所述插值距离正相关，所述高度坐标值与所述辐射点数量负相关。
其中，所述利用所述若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成所述热力图平面的纹理数据，包括：
获取每一辐射点的辐射半径；
在每一辐射点的辐射半径范围内，基于所述每一辐射点的辐射强度以及当前像素点到所述每一辐射点的距离，获取所述当前像素点的辐射值；
将所有像素点的辐射值组成辐射强度矩阵，作为所述热力图平面的纹理数据。
其中，所述利用所述热力图平面以及所述纹理数据生成热力图对象，包括：
利用所述热力图平面内每一像素点的辐射值，生成每一像素点的颜色值；
基于所述热力图平面创建热力图对象；
所述热力图平面内所有像素点的颜色值设置为所述热力图对象的材质。
其中，所述获取每一辐射点的辐射半径，包括：
获取所述若干辐射点的整体辐射半径，以及辐射强度，其中，所述整体辐射半径为所述若干辐射点中辐射点的最大辐射半径；
基于每一辐射点的辐射强度以及整体辐射半径的乘值，获取所述每一辐射点的辐射半径。
其中，所述辐射点的辐射强度表示该点位的事件影响程度。
本申请还提供了一种热力图对象生成装置，所述热力图对象生成装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如上述的热力图对象生成方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现上述的热力图对象生成方法。
本申请的有益效果是：热力图对象生成装置基于若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取若干辐射点的偏移坐标值；基于若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面；利用若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成热力图平面的纹理数据；利用热力图平面以及纹理数据生成热力图对象。通过上述方式，热力图对象生成装置通过自定义文件中的点位信息自动在和现实世界位置一致的地方生成立体热力图对象，该方法操作简单、高效，且能和现实世界精确对应，对于数字孪生城市的建设具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请提供的热力图对象生成方法一实施例的流程示意图；
图2是本申请提供的热力图对象生成方法整体流程示意图；
图3是本申请提供的热力图对象的材质创建方式的示意图；
图4是本申请提供的热力图对象生成装置一实施例的结构示意图；
图5是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
热力图是一种以特殊高亮的形式显示特定属性在不同地区数值的图示，适合用于查看总体的情况、观察特殊值或者显示多个变量之间的差异性、检测它们之间是否存在相关性等等。数字孪生领域中，道路的人流量信息、人口密度信息等都可以使用热力图进行显示。基于此需求，本申请提出一种根据自定义点位信息生成平面热力图的方法。
具体请参阅图1和图2，图1是本申请提供的热力图对象生成方法一实施例的流程示意图，图2是本申请提供的热力图对象生成方法整体流程示意图。
其中，本申请的热力图对象生成方法应用于一种热力图对象生成装置，其中，本申请的热力图对象生成装置可以为服务器，也可以为由服务器和终端设备相互配合的系统。相应地，热力图对象生成装置包括的各个部分，例如各个单元、子单元、模块、子模块可以全部设置于服务器中，也可以分别设置于服务器和终端设备中。
进一步地，上述服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成多个软件或软件模块，例如用来提供分布式服务器的软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。在一些可能的实现方式中，本申请实施例的热力图对象生成方法可以通过处理器调用存储器中存储的计算机可读指令的方式来实现。
如图2所示，本申请提出一种基于UE4生成立体热力图的方案实现原理为：先读取点位信息，包括整体的辐射半径和单点的经纬度坐标、辐射强度；然后将所有点位的经纬度坐标转换为引擎坐标高度默认为10与辐射强度做插值；然后计算包括该点位的最大外接矩形框和左上角位置；然后根据点位信息以及高度插值生成辐射强度图，并转化为UE4的纹理；自定义热力图的图例和上一步生成的纹理生成材质；最后根据前面计算的最大外接矩形框在其左上角位置生成立体面，并设置材质。
具体而言，如图1所示，本申请实施例的热力图对象生成方法具体包括以下步骤：
步骤S11：基于若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取若干辐射点的偏移坐标值。
在本申请实施例中，生成装置读取若干辐射点的点位信息。其中，本申请实施例的点位信息的文件可以以任何文本和二进制格式存储，点位信息包括整体的辐射半径，用于定义辐射点的最大辐射半径，以像素为单位。单点的经纬度信息，用于定位辐射点的位置，以WGS84坐标系为主；若是其他坐标系，需在文件头中说明。单点的辐射强度，用于定义辐射点的辐射强度和计算辐射半径，取值范围为0-1之间。
其中，单点的辐射强度表示该点位的事件影响程度，可以通过自定义的方式定义某些辐射点的辐射强度，例如，针对道路的人流量信息，人流量越大的点位，其辐射强度越大；针对人口密度信息，人口密度越大的点位，其辐射强度越大。
生成装置依次读取各点位的经纬度信息，该经纬度信息要求为WGS84坐标系下，将经纬度转换到UTM投影坐标系下。在其他实施例中，也可以采用其他的坐标系，只需要获取不同坐标系之间的坐标转换关系，即可完成经纬度转换。
生成装置读取UE4引擎世界原点AGeoActor的经纬度信息，转换到UTM投影坐标系下，从而将各点位以及引擎世界原点统一到同一坐标系下。生成装置利用各点位在UTM投影坐标系的投影坐标减去用于定义引擎世界原点的AGeoActor的投影坐标，得到各点位的偏移坐标值，包括X坐标、Y坐标，其中，各点位的Z坐标默认为10。
步骤S12：基于若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面。
在本申请实施例中，生成装置依次获取坐标转后的点位信息，遍历对点位坐标进行插值处理，插值方式采用双线性插值法对经纬度转换后的X、Y进行插值处理，然后对辐射强度采用最近邻插值法对辐射值进行插值处理。通过插值，在稀疏的辐射点之间插入插值点，以使辐射点和插值点组成的数据点分布均匀，不存在空位点。其中，每个插值点的坐标值与辐射强度一一对应，在插值的过程中，插值点的坐标值影响辐射强度。
进一步地，生成装置对步骤S11中各点位默认的高度，即Z坐标采用如下计算公式进行缩放以及平滑处理：
H＝(辐射值*平滑因子+1)*h
其中，h为默认的高度值，H为处理后的高度值。
需要说明的是，平滑因子与插值范围的距离正相关，距离当前经纬度的距离越远，平滑因子也就越大。例如在距离当前10m-100m范围区间内，平滑因子取值为0.1-0.2，与当前值的差距越小；在距离当前值1000m-5000m范围区间内，平滑因子取值为0.5-0.7，与当前值的差距越大。
此处的平滑因子会受距离影响，同时也会因为当前辐射样本的差异有所变动。当前样本数量越多，平滑因子受距离的影响越小，样本数量越少，相反的受距离的影响越大。
进一步地，生成装置依次遍历转换后的点位信息的引擎坐标，即各点位的偏移坐标值，以10个点位为单位找到X、Y、H坐标的最大、最小值Xmax，Ymax，Xmin，Ymin,Hmax，Hmin。生成装置将Xmin和Ymin分别减去整体辐射半径得到当前组的热力图面的左上角位置；使用Xmax-Xmin得到热力图面的宽度w，使用Ymax-Ymin得到热力图面的长度g，使用Hmax-Hmin得到热力图面的高度h。
步骤S13：利用若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成热力图平面的纹理数据。
在本申请实施例中，生成装置利用若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成热力图平面的纹理数据。
纹理的实质是根据以10个点位单位的整体辐射半径和辐射强度生成整个热力图平面的辐射强度图，在材质资产中作为索引图进行不同颜色的显示。其具体过程如下：
a.首先初始化一个大小为g*w的RGB值为0，透明度为255的FColor类型的数组，作为最终的辐射强度矩阵；
b.遍历每一个辐射点，计算辐射半径，当前辐射点的辐射半径等于整体的辐射半径乘以当前辐射点的辐射强度。然后根据当前辐射点的位置和辐射半径计算出当前辐射点的影响范围；遍历该范围中的每一个像素，首先计算当前像素到当前辐射点位置的距离，根据距离计算当前辐射点在当前像素点的辐射值，然后在辐射强度矩阵中当前像素点的位置处将原值与上述计算的辐射值相加；若超出255，则取255。
其中计算当前像素点的辐射值的公式如下：
其中，S表示辐射强度，D表示当前像素点到辐射点的距离，R表示当前辐射点的辐射半径。
具体地，
使D与R的比值保持在0到1的范围内，/>
是上半轴正弦函数让辐射值平滑变化的同时，始终保持在正数范围内，屏蔽负数变化的存在。整体取/>
是在保证正弦函数取值0-1的时候，缩小一倍保证变化范围依旧保持在0-1范围内。整个公式是在保持平滑变化的同时，范围区间整体保持在正向即正数。
c.新建UTexture2D类型的指针变量Texture2D用于存储纹理数据；创建FTexture2DMipMap类型的指针变量Mip，将辐射强度矩阵的RGBA值写入Mip的BulkData中，将该Mip赋给Texture2D的PlatformData的Mips。
步骤S14：利用热力图平面以及纹理数据生成热力图对象。
在本申请实施例中，生成装置利用步骤S13生成的纹理数据生成热力图对象的热力图材质，并分批次赋给多个图层。
具体地，热力图对象的材质创建方式如图3所示，材质节点设置为不发光属性，然后添加四个常数节点用于设置热力图的图例，颜色可调，工作人员可以自定义不同的图例，丰富热力图对象的材质。一个纹理节点即步骤S13所生成的辐射强度图；然后添加一个插值节点，即如步骤S12的插值过程用于将辐射强度图和图例插值为热力图，最后将插值节点的输出连接到材质节点的自发光颜色通道即可。插值节点的输出有两个，Lerp3Inputs表示将前三个常数节点插值的结果，Lerp4Inputs表示将四个常数节点插值的结果。
进一步地，生成装置根据步骤S12确定的热力图面的长(g)、宽(w)、高(h)，生成一个正方形网络体，即热力图对象，其具体生成步骤如下：
a.创建一个继承于UE4原有AActor的ADynamicActor，该ADynamicActor带有经纬度位置属性、材质属性、网格属性。
b.生成该网格体的顶点，分别为(0,0,0)、(0,h,0)、(w,h,0)、(w,0,0)。
c.生成三角网格索引，分别为0、1、2、2、3、0。
d.生成UV值，分别为(0，0)、(0，1)、(1，1)、(1，0)。
e.计算法线，法线的计算方式为在该点所在的三角面上由该点与另外两个点组成的两个向量的叉乘，叉乘结果归一化。
f.输入上述步骤中生成的顶点、三角网格索引、法线、UV参数使用UE4的程序化建模函数生成静态网格体。
g.将步骤S12中计算所得位置设置为该ADynamicActor的位置，将步骤S14中生成的材质设置为该ADynamicActor的材质。
在本申请实施例中，热力图对象生成装置基于若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取若干辐射点的偏移坐标值；基于若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面；利用若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成热力图平面的纹理数据；利用热力图平面以及纹理数据生成热力图对象。通过上述方式，热力图对象生成装置通过自定义文件中的点位信息(包括整体的辐射半径和单点的经纬度坐标、辐射强度)自动在和现实世界位置一致的地方生成立体热力图对象，该方法操作简单、高效，且能和现实世界精确对应，对于数字孪生城市的建设具有重要意义。
本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序而对实施过程构成任何限定，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
为实现上述实施例的热力图对象生成方法，本申请还提出了一种热力图对象生成装置，具体请参阅图4，图4是本申请提供的热力图对象生成装置一实施例的结构示意图。
本申请实施例的热力图对象生成装置300包括存储器31和处理器32，其中，存储器31和处理器32耦接。
存储器31用于存储程序数据，处理器32用于执行程序数据以实现上述实施例所述的热力图对象生成方法。
在本实施例中，处理器32还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器32可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器32还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，ApplicationSpecific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable GateArray)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器32也可以是任何常规的处理器等。
为实现上述实施例的热力图对象生成方法，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，如图5所示，计算机可读存储介质400用于存储程序数据41，程序数据41在被处理器执行时，用以实现如上述实施例所述的热力图对象生成方法。
本申请还提供一种计算机程序产品，其中，上述计算机程序产品包括计算机程序，上述计算机程序可操作来使计算机执行如本申请实施例所述的热力图对象生成方法。该计算机程序产品可以为一个软件安装包。
本申请上述实施例所述的热力图对象生成方法，在实现时以软件功能单元的形式存在并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在装置中，例如一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种热力图对象生成方法，其特征在于，所述热力图对象生成方法包括：
基于若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取所述若干辐射点的偏移坐标值；
基于所述若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面；
利用所述若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成所述热力图平面的纹理数据；
利用所述热力图平面以及所述纹理数据生成热力图对象。
2.根据权利要求1所述的热力图对象生成方法，其特征在于，
所述基于所述若干辐射点的点位信息中的经纬度，以及引擎世界原点的经纬度，获取所述若干辐射点的偏移坐标值，包括：
获取若干辐射点的点位信息，所述点位信息包括第一经纬度以及辐射强度；
将所述若干辐射点在原来坐标系的第一经纬度转换为统一坐标系的第二经纬度；
基于引擎世界原点的经纬度，以及所述若干辐射点的第二经纬度获取所述若干辐射点的偏移坐标值。
3.根据权利要求1或2所述的热力图对象生成方法，其特征在于，
所述基于所述若干辐射点的偏移坐标值生成热力图平面，包括：
基于所述若干辐射点的偏移坐标值进行插值，获取若干插值点；
基于每一数据点的插值距离，以及辐射点数量，获取每一数据点的高度坐标值；
利用若干数据点的偏移坐标值和高度坐标值生成所述热力图平面。
4.根据权利要求3所述的热力图对象生成方法，其特征在于，
所述高度坐标值与所述插值距离正相关，所述高度坐标值与所述辐射点数量负相关。
5.根据权利要求1所述的热力图对象生成方法，其特征在于，
所述利用所述若干辐射点的点位信息中的辐射强度生成所述热力图平面的纹理数据，包括：
获取每一辐射点的辐射半径；
在每一辐射点的辐射半径范围内，基于所述每一辐射点的辐射强度以及当前像素点到所述每一辐射点的距离，获取所述当前像素点的辐射值；
将所有像素点的辐射值组成辐射强度矩阵，作为所述热力图平面的纹理数据。
6.根据权利要求5所述的热力图对象生成方法，其特征在于，
所述利用所述热力图平面以及所述纹理数据生成热力图对象，包括：
利用所述热力图平面内每一像素点的辐射值，生成每一像素点的颜色值；
基于所述热力图平面创建热力图对象；
所述热力图平面内所有像素点的颜色值设置为所述热力图对象的材质。
7.根据权利要求5所述的热力图对象生成方法，其特征在于，
所述获取每一辐射点的辐射半径，包括：
获取所述若干辐射点的整体辐射半径，以及辐射强度，其中，所述整体辐射半径为所述若干辐射点中辐射点的最大辐射半径；
基于每一辐射点的辐射强度以及整体辐射半径的乘值，获取所述每一辐射点的辐射半径。
8.根据权利要求1所述的热力图对象生成方法，其特征在于，
所述辐射点的辐射强度表示该点位的事件影响程度。
9.一种热力图对象生成装置，其特征在于，所述热力图对象生成装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现如权利要求1-8任一项所述的热力图对象生成方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用以实现权利要求1-8任一项所述的热力图对象生成方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117236247A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 零壹半导体技术(常州)有限公司 | 一种用于芯片测试的信号屏蔽线生成方法 |
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2023
- 2023-02-21 CN CN202310159765.9A patent/CN116342724A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117236247A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 零壹半导体技术(常州)有限公司 | 一种用于芯片测试的信号屏蔽线生成方法 |
| CN117236247B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-01-23 | 零壹半导体技术(常州)有限公司 | 一种用于芯片测试的信号屏蔽线生成方法 |
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