CN101872492B - 三维仿真城市的多角度地图实现方法 - Google Patents

Abstract

一种三维仿真城市的多角度地图实现方法，包括：构建三维城市虚拟场景，按照预设角度进行分区域无缝渲染，生成多角度三维地图；对所述三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理；按照所述地图数据编码和组织管理读取切割后的三维地图以使所述三维地图在多个角度进行地图变换；在网络客户端窗口中填充地图。上述对三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理，从而实现了浏览器被快速的加载显示，提高了浏览速度，并且不需要安装插件即可在网络客户端实现二维、遥感、多角度的三维地图之间的地图浏览。

Description

三维仿真城市的多角度地图实现方法

【技术领域】

本发明涉及一种三维仿真城市地图变换方法，特别是涉及一种三维仿真城市的多角度地图实现方法。

【背景技术】

近年来，三维仿真城市已经成为各大城市展现自我风采的重要手段，三维仿真城市可以通过多个视角观察城市信息，将三维立体、色彩鲜明的地图呈现在大众面前，三维仿真城市的地图展现模式已经逐步取代了二维地图中模式简单、信息描述不够立体直观的固定格局。

而传统的三维仿真城市地图是从某一个角度进行数据展示，不能满足用户从多个方位观测城市。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能够多角度快速观测城市的三维仿真城市多角度地图实现方法。

一种三维仿真城市的多角度地图实现方法，包括：构建三维城市虚拟场景，按照预设角度进行分区域无缝渲染，生成多角度三维地图；对所述三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理；按照所述地图数据编码和组织管理读取切割后的三维地图以使所述三维地图在多个角度进行地图变换；所述按照所述地图数据编码和组织管理读取切割后的三维地图以使所述三维地图在多个角度进行地图变换的步骤为：在各个角度的三维地图上采集控制点，控制点的个数根据图幅大小来设定，并记录这些控制点在二维地图上的对应地理坐标，根据控制点的坐标对应关系，采用三维坐标到二维地理坐标的转换计算方法，得到三维地图上变换参考点的二维地理坐标，将变换参考点的二维地理坐标转换成指定角度的三维地图坐标，从而使三维地图从一个角度向另一个角度进行转换。

优选的，构建三维城市虚拟场景，按照预设角度进行分区域无缝渲染，生成多角度三维地图包括：对三维建筑数据通过三维设计软件进行建模，或者导入三维模型数据，构建三维城市虚拟场景；对三维场景按照预设角度进行分区域无缝渲染。

优选的，所述对所述三维地图的图片进行切割包括：对三维地图进行图片切割，切分成小的地图瓦片。

优选的，对切割后的地图按角度进行数据编码时，每层瓦片的编码次序相同，均以左下角瓦片作为起始瓦片，先以从左到右的顺序给最下方一行瓦片编码，再对其上一行瓦片从左到右编码，直到整层瓦片全部被编码。

优选的，所述对切割后的地图按角度进行组织管理包括：对瓦片进行存储，以瓦片行为最小存储单位，每一行中的所有瓦片被存储在一个文件夹中，所有行的文件夹构成一个瓦片层的存储文件夹，所有瓦片层的存储文件夹构成了一套地图数据文件，每个角度对应一套地图数据文件；不同类型的地图数据建立各自的坐标系统。

优选的，所述不同类型的地图数据建立各自的坐标系统包括：二维地图在矢量数据制作时完成坐标校准，与地理坐标精确匹配；遥感影像图使用地理信息系统进行与矢量地图的坐标校准，精确匹配到地理坐标上；所述三维地图根据数据分布情况选定其左下角或某一固定点为坐标原点，以水平和垂直方向按像素位置来确定地物的坐标。

优选的，还包括在网络客户端窗口中填充地图的步骤。

优选的，在网络客户端窗口中填充地图包括：划分地图的显示窗口范围，形成显示窗口网格，确定中心网格保证图片被填充时都有一个确定的起始位置；利用地图瓦片处于金字塔模型中的行号、列号、级数对中心网格进行标记；根据上下左右加减运算计算周边的网格中应当加载的地图瓦片，使整个窗口被迅速的填充。

上述对三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理，从而实现了浏览器被快速的加载显示，提高了浏览速度，并且不需要安装插件即可在网络客户端实现二维、遥感、多角度的三维地图之间的地图浏览。

【附图说明】

图1是三维仿真城市的多角度地图实现方法的流程图。

【具体实施方式】

图1示出了一个三维仿真城市的多角度地图实现方法流程图。具体过程如下：

步骤S100，构建三维城市虚拟场景，按照预设角度进行分区域无缝渲染，生成多角度三维地图。

首先，对三维建筑数据通过三维设计软件进行建模，或者导入三维模型数据，构建三维城市虚拟场景。对于三维模型既可以采用建模的方式，也可以采用已经生成的建筑模型进行数据制作。如果采用重新建模的方式，则需要对城市中现有的建筑地物进行三维数字测量以获取地物的三维结构信息，并拍摄地物以获取纹理信息，至此结合地物的三维结构信息以及纹理信息，通过三维建模软件构建逼真的三维地物模型。如果采用导入三维模型数据的方式，将已经建好的三维模型直接导入到三维设计软件中。无论采用哪种建模方式，都必须严格检验数据的准确性。

其次，对三维场景按照预设角度进行分区域无缝渲染。三维模型建立后会采用平行光投影模式在屏幕上投影为透射立体模型，然后按区域划分三维模型。城市所包含的三维模型数据量比较大，因此会把城市整体三维模型划分成块，以提高计算机的处理速率。地图块之间必须保证是无缝拼接，使得后期生成的地图块能够无缝的拼接在一起。

步骤S120，对所述三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理。

首先，对三维地图进行图片切割。将三维地图导入地图分割软件中，以256px*256px的大小切分成小的地图瓦片，放大或缩小三维地图，再次固定显示比例以形成地图瓦片。记录每次切割前的显示比例，将二维地图或遥感影像图导入分割软件，采用三维地图的显示比例进行地图分割。

其次，对三维地图进行地图数据编码。分割后的三维地图都会形成多层不同比例尺的地图，每层地图中含有按行列顺序排列的大小相同的瓦片块地图，形成瓦片金字塔模型组织。每个地图块都被看作金字塔模型中的瓦片，每块瓦片都拥有唯一的编码，瓦片的编码从金字塔模型的第0层开始，然后是第1层瓦片、第2层......第n层。第0层唯一的瓦片编码为0，瓦片的编号逐个递增。每层瓦片的编码次序相同，均以左下角瓦片作为起始瓦片，先以从左到右的顺序给最下方一行瓦片编码，再对其上一行瓦片从左到右编码，直到整层瓦片全部被编码。

最后，对地图数据进行组织管理。对瓦片块进行存储，瓦片块的物理存储方式是以文件夹方式进行存储，以瓦片行为最小存储单位，每一行中的所有瓦片被存储在一个文件夹中，所有行的文件夹构成了一个瓦片层的存储文件夹。所有瓦片层的存储文件夹构成了一套地图数据文件。区别不同数据类型的存储，记录地图数据的类型、地图名称和地图坐标范围。由于多角度三维仿真城市的地图数据涉及多个方向上的三维地图渲染成图，这将形成多个角度的地图数据文件，即每个角度对应一套地图数据文件，此外三维仿真城市还需要从二维地图、遥感影像等多个方面体现城市信息，因此还需区别不同数据类型的存储。

在对所述三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理的过程中，还可使用上述方法对二维地图和遥感影像图的图片进行切割、并对切割后的地图进行数据编码和组织管理。

不同类型的地图数据建立各自的坐标系统。不同的地图类型都会拥有各自的坐标系统，来源于标准矢量地图的二维地图在矢量数据制作时已对地图的变形做坐标校准，所使用的坐标与地理坐标精确匹配。遥感影像图使用地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)进行遥感影像图和矢量地图的坐标校准，使遥感影像的坐标精确匹配到地理坐标系统上。遥感影像图主要来源于航空拍摄，在拍摄过程中由于摄影高度、角度等问题，会存在一定的数据误差。而对于三维地图，根据三维地图的数据分布情况可以选定其左下角或某一固定点为坐标原点，然后按水平和垂直方向按像素位置来确定地物的坐标，此坐标是一自定义的三维地图变换。由于三维地图是经过旋转投影后形成的，其平面坐标不能通过简单的校准而与地理坐标匹配。

步骤S140，按照所述地图数据编码和组织管理读取切割后的三维地图以使所述三维地图在多个角度进行地图变换。

具体地，三维地图在多角度间的地图变换。首先，在各个角度的三维地图上采集控制点，控制点的个数根据图幅大小来设定，并记录这些控制点在二维地图上的对应地理坐标。在三维地图上选取参考点，根据控制点的坐标对应关系，采用三维坐标到二维地理坐标的转换计算方法，得到三维地图变换参考点的二维地理坐标，再把变换参考点的二维地理坐标转换为指定角度的三维地图坐标。每一个角度的三维地图均有一套与二维地图相匹配的控制点，这些三维控制点对应的二维地理坐标用于不同角度三维地图坐标间的相互转化。各个角度的三维地图数据从组织到物理存储都是相对独立的，各自拥有自己的三维平面坐标，但都共同对应相同的二维地图数据。

在其它实施方式中，步骤S140还可以包括：

二维地图到遥感影像图的地图变换。计算二维地图中参照点(一般为窗口中心点)在影像金字塔对应瓦片层中的位置，从存储文件中读入遥感影像图瓦片块替换窗口中心的二维地图，并沿着中心瓦片对遥感影像图进行左右、上下的填充，完成二维地图到遥感影像图的转换。二维地图采用的坐标系统是地理坐标，而遥感影像图经过地理坐标校准后也使用同样的地理坐标，虽然遥感影像图存在一定的角度偏差，但是与二维地图的坐标比较起来偏差较小，因此这两种地图数据可以在同样的地理坐标系统下进行地图变换。

三维地图到二维地图的地图变换。在三维地图上选取控制点与二维地图进行匹配，通过控制点计算出三维地图参考点在二维地图中的对应地理坐标，从而得出参考点位于二维地图金字塔模型中的瓦片块位置，然后从对应的存储文件夹中读取二维地图替换窗口中的三维地图。三维地图是将模型进行旋转后生成具有立体效果的地图，与二维相比坐标位置已经产生了很大的变化。三维地图在渲染前投影采用的是平行光，投影后的建筑并没有近大远小的视觉感官，每块地图块的形变近似相同。

步骤S160，在网络客户端窗口填充地图。

划分地图的显示窗口范围，形成显示窗口网格，确定中心网格保证图片被填充时都有一个确定的起始位置。然后，利用地图瓦片处于金字塔模型中的行号、列号、级数对中心格子进行标记。最后根据上下左右加减运算计算周边的格子中应当加载的地图瓦片，使整个窗口被迅速的填充。

当需要进行地图转换时，经步骤S140，通过变换参考点的坐标计算出地图变换后对应的地图瓦片，替换变换参考点对应的地图瓦片，最后将周边的地图完全替换，以完成一种类型地图向另外一种类型或者另一个角度地图的变换。

多角度三维地图中的地图放大、缩小、漫游、鹰眼、测量、查询、定位、公交和分类等功能可被应用于公众、市政、环境、交通等方面。

上述对三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理，从而实现了浏览器被快速的加载显示，提高了浏览速度，并且不需要安装插件即可在网络客户端实现二维、遥感、多角度的三维地图之间的地图浏览。

二维地图到遥感影像图的地图变换，三维地图到二维地图的地图变换和三维地图在多角度间的地图变换，选取参考坐标点，将三维地图与三维地图、二维地图与三维地图、二维地图与遥感影像图之间的坐标进行精确匹配，为大众提供了地理信息涵盖量丰富、地图立体逼真、可以多角度浏览的地图信息服务，此变换方法实现了从多个预设角度观测城市地物，通过不同类型的地图数据展现城市概貌，并以预先生成地图的优势通过网络在客户端快速显示，弥补了传统真三维场景在数据可视化过程中网络数据传输耗费时间过长的弊端。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种三维仿真城市的多角度地图实现方法，包括：

构建三维城市虚拟场景，按照预设角度进行分区域无缝渲染，生成多角度三维地图；

对所述三维地图的图片进行切割、并对切割后的地图按角度进行数据编码和组织管理；

按照所述地图数据编码和组织管理读取切割后的三维地图以使所述三维地图在多个角度进行地图变换；

所述按照所述地图数据编码和组织管理读取切割后的三维地图以使所述三维地图在多个角度进行地图变换的步骤为：

在各个角度的三维地图上采集控制点，控制点的个数根据图幅大小来设定，并记录这些控制点在二维地图上的对应地理坐标，根据控制点的坐标对应关系，采用三维坐标到二维地理坐标的转换计算方法，得到三维地图上变换参考点的二维地理坐标，将变换参考点的二维地理坐标转换成指定角度的三维地图坐标，从而使三维地图从一个角度向另一个角度进行转换。

2.根据权利要求1所述的三维仿真城市的多角度地图实现方法，其特征在于，构建三维城市虚拟场景，按照预设角度进行分区域无缝渲染，生成多角度三维地图包括：

对三维建筑数据通过三维设计软件进行建模，或者导入三维模型数据，构建三维城市虚拟场景；

对三维场景按照预设角度进行分区域无缝渲染。

3.根据权利要求1所述的三维仿真城市的多角度地图实现方法，其特征在于，所述对所述三维地图的图片进行切割包括：

对三维地图进行图片切割，切分成小的地图瓦片。

4.根据权利要求3所述的三维仿真城市的多角度地图实现方法，其特征在于，对切割后的地图按角度进行数据编码时，每层瓦片的编码次序相同，均以左下角瓦片作为起始瓦片，先以从左到右的顺序给最下方一行瓦片编码，再对其上一行瓦片从左到右编码，直到整层瓦片全部被编码。

5.根据权利要求3所述的三维仿真城市的多角度地图实现方法，其特征在于，所述对切割后的地图按角度进行组织管理包括：

对瓦片进行存储，以瓦片行为最小存储单位，每一行中的所有瓦片被存储在一个文件夹中，所有行的文件夹构成一个瓦片层的存储文件夹，所有瓦片层的存储文件夹构成了一套地图数据文件，每个角度对应一套地图数据文件；

不同类型的地图数据建立各自的坐标系统。

6.根据权利要求5所述的三维仿真城市的多角度地图的实现方法，其特征在于，所述不同类型的地图数据建立各自的坐标系统包括：

二维地图在矢量数据制作时完成坐标校准，与地理坐标精确匹配；

遥感影像图使用地理信息系统进行与矢量地图的坐标校准，精确匹配到地理坐标上；

所述三维地图根据数据分布情况选定其左下角或某一固定点为坐标原点，以水平和垂直方向按像素位置来确定地物的坐标。

7.根据权利要求1所述的三维仿真城市的多角度地图实现方法，其特征在于，还包括在网络客户端窗口中填充地图的步骤。

8.根据权利要求7所述的三维仿真城市的多角度地图实现方法，其特征在于，在网络客户端窗口中填充地图包括：

划分地图的显示窗口范围，形成显示窗口网格，确定中心网格保证图片被填充时都有一个确定的起始位置；

利用地图瓦片处于金字塔模型中的行号、列号、级数对中心网格进行标记；

根据上下左右加减运算计算周边的网格中应当加载的地图瓦片，使整个窗口被迅速的填充。