CN104183016A - 一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地理信息技术领域，具体而言，涉及一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法。该快速的2.5维建筑物模型的构建方法通过获取建筑的特征地理坐标和建筑高度，计算出地理坐标在地图上的对应坐标，并且根据特征地理坐标、建筑高度和观察点的坐标确定了高度偏移方向和偏移的距离，进而绘制了建筑的侧面和顶面，从而完成了地图的绘制。本发明提供的该快速的2.5维建筑物模型的构建方法，与现有技术中的二维地图无法展现足够的空间感，三维地图虽然能够展现足够的空间感，却大大提高了需要处理的数据量相比，在平面的地图画板上能够显示三维的图像，也降低了图像绘制的数据量。

Description

一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法

技术领域

本发明涉及地理信息技术领域，具体而言，涉及一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法。

背景技术

随着现代测绘技术、计算机技术、网络通讯技术和互联网的迅速发展与融合，与地理空间相关的应用正在飞速增长，电子地图正成为生活服务、电子政务、电子商务、虚拟社区、智慧城市等领域不可或缺的基础信息资源。

相关技术中，电子地图从其展示的方式来看，可以分为两类，第一类是二维地图，第二类是三维地图。电子地图服务以二维地图为主，提供了空间定位和对建筑信息的基础查询搜索功能，在一定程度上满足了人们对地理空间信息的使用需求。二维电子地图采用点、线、面三种图形符号叠加的方式来显示建筑，其观测角度是以按照高空对地面的俯视角度进行的观察，并将观察到的内容直观的显示到地图上，其中“内容”包括居民地、水系、交通、植被、地名等地理对象。二维电子地图的配图和绘制速度快，能提供，并适应大部分地理信息产品对空间位置的查询、分析及管理需求，但因其缺乏真实世界的空间感(没有立体感)，导致地图产品场景直观性体验不足，并且通过二维符号化表达地理对象，也无法满足人们的三维空间认知感，也就不能根据二维地图完成三维空间的数据测量。

相应的，为了增强地图的现实空间感(立体感)，第二种类型的三维电子地图相应的产生了，通过直观的地理空间实景模拟表现方式，更直观、真实的展现了现实的场景。但三维电子地图需要制作大量的三维模型，根据采集照片对每一个建筑进行细致的贴图并需要通过三维软件进行真实渲染，所处理的数据量较大，制作周期较长，耗费成本高，并且在网络传输和绘制模型时所占资源比较大，无法较好的适应移动互联网中的地图应用需求。

综上所述，现有的地图无法在使地图具有空间感的情况下，同时降低地图的绘制时处理的数据量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，包括：

获取建筑的特征地理坐标和建筑高度；

根据特征地理坐标、建筑高度和预设的观察点坐标，计算建筑的偏移信息，偏移信息包括：在预设的地图画板中建筑的侧面的高度偏移方向和侧面绘制高度；

根据特征地理坐标在地图画板中绘制建筑的底面；

根据建筑的特征地理坐标、建筑的高度偏移方向和建筑的侧面绘制高度绘制建筑的侧面和顶面。

优选的，建筑的特征地理坐标包括建筑的多个底面顶点地理坐标，和/或多个曲边地理坐标，多个底面顶点地理坐标用于标识直边图形的顶点，曲边地理坐标用于标识曲边图形的曲线边。

优选的，还包括：根据预设的观察点坐标和特征地理坐标，确定视觉角度，视觉角度包括第一角度和第二角度；其中，第一角度为视线与水平面的水平夹角的角度，第二角度为视线与观察线分别在水平面投影的方向夹角的角度，观察线是观察点与建筑的直接连线；

地图画板包括：标注有横纵坐标的平面坐标系；

根据特征地理坐标、建筑高度和预设的观察点坐标，计算建筑的偏移信息包括：

根据第二角度和预设的平面坐标系的方位信息，确定高度偏移方向；

根据第一角度、第二角度和建筑高度，计算侧面绘制高度。

优选的，平面坐标系包括X方向和Y方向；

根据第一角度、第二角度和建筑高度，计算侧面绘制高度包括：

根据第一角度和第二角度计算地图偏移角γ；

根据如下公式计算侧面绘制高度在平面坐标系中的X方向绘制高度和Y方向绘制高度：L＝H*cot(β)，offsetX＝L*Cos(γ)，offsetY＝L*Sin(γ)，其中，L为投影长度，H为建筑的建筑高度，β为第一角度，offsetX为X方向绘制高度，offsetY为Y方向绘制高度，γ为地图偏移角γ。

优选的，根据建筑的特征地理坐标在地图画板中的绘制建筑的底面包括：

将多个特征地理坐标在地图画板中进行标识，以形成多个特征地图坐标；

按照预设的底面连接方式将多个特征地图坐标进行连接，以形成建筑地图底面。

优选的，根据特征地理坐标、高度偏移方向和侧面绘制高度绘制建筑的侧面和顶面包括：

若建筑为非复合建筑，则根据多个特征地图坐标，按照高度偏移方向和侧面绘制高度绘制建筑的多个顶面地图坐标；

按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面；

按照预设的顶面连接方式，连接多个顶面地图坐标，以形成建筑的顶面。

优选的，按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面包括：

根据观察点坐标和特征地理坐标确定建筑的每个侧面与观察点的视觉距离；

按照视觉距离的远近，先绘制视觉距离较大的侧面，再绘制视觉距离较小的侧面，以使视觉距离较小的侧面遮挡视觉距离较大的侧面。

优选的，建筑的底面顶点地理坐标包括建筑的相邻侧面的交叉点；

方法还包括：

建立垂直俯视二维地图，并在俯视二维地图上，标识建筑的特征地理坐标、观察点坐标和视线；

在俯视二维地图上设置与视线垂直的参考线；

将每个特征地理坐标投影到参考线上，以确定每个特征地理坐标的投影点；

确定多个投影点中位于参考线上两端的投影点为边缘投影点；

连接两边缘投影点所对应的特征地理坐标，以形成分界线；

确定位于分界线靠近观察点的侧面为视觉阳面，远离观察点的侧面为视觉阴面；

按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面包括：

在地图画板中，按照先绘制阴面所对应的侧面，且后绘制阳面所对应的侧面的顺序绘制建筑的侧面一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法；按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面还包括：确定视觉距离最远的侧面为绝对阴面，视觉距离最近的面为视觉阳面，按照先绘制绝对阴面，后绘制绝对阳面的顺序绘制建筑的侧面。

优选的，根据特征地理坐标、高度偏移方向和侧面绘制高度绘制建筑的侧面和顶面包括：

若建筑为复合建筑，则将建筑拆分为多个子建筑，并确定每个子建筑的多个特征地图坐标；

根据多个特征地图坐标，按照高度偏移方向和侧面绘制高度绘制每个子建筑的多个顶面地图坐标，以形成建筑的顶面地图坐标；

按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面；

按照预设的顶面连接方式，连接多个顶面地图坐标，以形成建筑的顶面。

优选的，还包括：根据如下公式确定侧面绘制高度：

L＝sqrt(2*L)*H/2；

其中sqrt为开根号，L为楼层数量，H为单层的建筑高度。

本发明实施例提供的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，与现有技术中的二维地图无法展现足够的空间感，三维地图虽然能够展现足够的空间感，却大大提高了需要处理的数据量相比，其通过将建筑的特征地理坐标和建筑高度根据预设的观察点坐标进行计算，以计算出偏移信息，进而在平面的地图画板中绘制了建筑的底面、侧面和顶面，进而使在平面的地图画板上能够显示三维的图像，也降低了图像绘制的数据量。

附图说明

图1示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的基本流程图；

图2示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的细节流程图；

图3示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第一种绘制示意图；

图4示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第二种绘制示意图；

图5示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第三种绘制示意图；

图6示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第四种绘制示意图；

图7示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第五种绘制示意图；

图8示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第六种绘制示意图；

图9示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第七种绘制示意图；

图10示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的第八种绘制示意图；

图11示出了本发明实施例的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法的曲边复合图形构建方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

相关技术中，2.5维建筑物模型是根据层高将建筑物按照一定投影规则映射到某一平面上，以展示三维立体效果的二维图形。2.5维地图生成算法主要有两种类型。

第一类实时渲染生成算法，一般仅限于在移动设备端，根据用户操作屏幕产生的用户视角和屏幕矩形范围，在本地实时计算并渲染生成2.5维电子地图。这类算法的优势在于其2.5维电子地图是和用户视角相关联的，具备较好的用户体验，但其劣势在于实时的计算占用了大量的用户本地计算资源和内存资源，并且使用领域较为狭窄，对于无法进行用户视角捕捉的，例于普通台式电脑等设备，无法进行绘制操作。

对应的，可以使用第二种类的算法，可以适应于较多的用户使用场景，利用预处理生成2.5维建筑物地图瓦片，在互联网访问中实时传输相应的地图瓦片数据。本发明所提供的方法，可以针对性的采用预处理的方式来实施，以降低系统的占用，并且通过多进程的处理方式来提高处理的速度。

先关技术中的2.5维电子地图生成算法的数据处理效率低，复杂多边形及奇异多边形处理有误，地图视角单一化且对大批量密集建筑物间的遮挡处理效果差等问题。

本发明实施例提供了一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，

如图1所示，具体包括如下步骤：

S101，获取建筑的特征地理坐标和建筑高度；

S102，根据特征地理坐标、建筑高度和预设的观察点坐标，计算建筑的偏移信息，偏移信息包括：在预设的地图画板中建筑的侧面的高度偏移方向和侧面绘制高度；

S103，根据特征地理坐标在地图画板中绘制建筑的底面；

S104，根据建筑的特征地理坐标、建筑的高度偏移方向和建筑的侧面绘制高度绘制建筑的侧面和顶面。

步骤S101中，建筑的特征地理坐标可以是建筑的经纬度坐标，如建筑的地面的经纬度坐标。为了提高特征地理坐标的使用价值，特征地理坐标可以是如建筑的底面的顶点坐标，也就是建筑的各个侧面的连接点的坐标，特征地理坐标是用于说明建筑的位置信息，并不只限于经纬度坐标，还可以是其他能够表明建筑所处位置的坐标信息。如建筑在一个预定的坐标系中的坐标信息。建筑高度是指建筑的实际高度，也可以是指建筑经过换算后，显示在地图中的高度，由于实际测量中，建筑的高度可能会相差很大，如有些建筑只有10米高，有些建筑则会达到100余米，这样，当两个建筑相邻时，实际高度较高的建筑则可能会遮挡住实际高度较低的建筑，这样，在地图画板中显示的信息则可能是不够完整的信息，为了避免该现象发生，可以在绘制的时候控制绘制高度，如将建筑的实际高度经过一定比例的换算之后，再在地图画板上进行绘制。

步骤S102中，需要先确定一个观察点(图3中的眼睛形标记便是观察点)，也就是在实际观察中的一个观察点，通常观察点为俯视点。步骤S101中能够确定建筑的特征地理坐标，同样的，也就能够确定观察点的坐标，观察点的坐标应是三维的坐标，在经纬度的坐标基础上还具有高度的属性。由此，便能够计算建筑的侧面的高度偏移方向和侧面绘制高度。其中高度偏移方向是指观察者在通过观察点观看建筑的时候，因观察角度的不同，而导致建筑侧面的朝向发生变化，也就是侧面的高度偏移方向。同样的，由于观察的角度的变化，也会导致侧面绘制高度发生变化，如当建筑在观察点的正下方的时候，几乎是看不到建筑的侧面，而当观察点位于建筑的正前方时，则会观察到建筑的侧面高度为较大的值(相对于建筑在观察点的正下方的时候)。由此，通过上述的方式，便能够确定建筑的侧面的高度偏移方向和侧面绘制高度。

步骤S103中，先根据步骤S101中的特征地理坐标来确定，特征地理坐标所对应在地图画板中的坐标点。地图画板可以根据经纬度，或者其他建立坐标系的方式来建立，那么在建立坐标系之后，便能够确定特征地理坐标所对应到地图画板中的坐标点位，然后在地图画板上将这几个坐标点按照预定的顺序进行连接，便能够形成建筑的底面。需要说明的是，建筑的底面可能是有一定形状规则的，也就是可能是方形，可能是圆形，也可能是其他有规则的形状，那么，在绘制建筑的底面的时候如果特征地理坐标是建筑的底面顶点，则可以顺序连接两个顶点，已形成底面。如果建筑的底面为圆形，则可以先了解到建筑地面的形状，再根据确定下来的圆上的至少三个点，或者圆心+圆上的两点来确定底面的形状(每种图形均有其确定的方式，只要特征地理坐标能够唯一确定下来建筑的底面，那么在地图画板上即能够还原出建筑的底面，其他形状的底面再次不再赘述)。当然，底面可能是呈环形的，那么此时可以对应的先分别确定的外环和内环的边界，再将内外环之间的部分作为建筑的底面，其他复合形状也可以类似的处理(如可以将复合形状进行分割，以形成简单的几何形状，方形、圆、三角等，而后在进行底面的确定和合并)。

步骤S104中，已经确定了建筑的底面之后，将地图护板中，建筑底面上的点(可以是特征地理坐标所对应的点)，按照建筑的高度偏移方向和建筑的侧面绘制高度进行侧面的绘制(可以先绘制建筑两两侧面相交的相交线，再根据相交线来绘制侧面)。需要说明的是，建筑底面上的均能够对应的根据建筑的高度偏移方向和建筑的侧面绘制高度来找到顶面上的点，在确定底面上的点和顶面上的点之后便可以通过连线和绘制面的方式来画出建筑的侧面和顶面，其中，通常顶面会遮挡侧面和底面的，所以，可以最后绘制顶面。当然，当观察视角发生变化的时候，也可能是由侧面遮挡顶面，此时则可以先绘制顶面，后绘制侧面。考虑到遮挡的问题，也可以先被绘制遮挡的面，后绘制不被遮挡的面，以使地图的真实感加强。步骤S103和步骤S104可以先执行步骤S103，后执行步骤S104，其原因在于底面通常是被遮挡的一面，这样绘制能够减小工作量，并能够提高真实感。

其中，建筑的特征地理坐标包括建筑的多个底面顶点地理坐标，和/或多个曲边地理坐标，多个底面顶点地理坐标用于标识直边图形的顶点，曲边地理坐标用于标识曲边图形的曲线边。

在绘制地图的过程中，除了直边的规则图形，还会遇到曲边的规则图形，那么对应的，曲边规则图形也可以使用本发明所提供的方法进行绘制。需要说明的是，曲边地理坐标是能够有效的组成一条曲线的基本要素，也就是一条曲线上的曲边地理坐标的数量要足够，以使多个曲边地理坐标连接后所形成的图形为曲便，或近似曲边。除了提高曲边上的曲边地理坐标的获取密度，还可以使相邻的曲边地理坐标的间隔相等，以使曲边地理坐标在曲边上平均分布，进而提高还原率，其中，间隔相等可以指相邻两点间的直线间隔，也可以指相邻两点在曲边上的曲线间隔。

使用计算机按照本发明所提供的方法绘制2.5维地图的时候，可以通过计算机的多进程并行处理方式，来实施每一个步骤，如步骤S101-步骤S104，和步骤S1041-步骤S1043。具体的，可以按照空间范围来划分每个进行所处理的步骤，如在某一个区域范围内，同一由一个进行处理，最后将每个进行处理的结果合并起来，便能够完成本发明的方法所需要构建的地图。按照多进程进行绘制的时候，可以交给每个进程以不同的参数，如针对同一片区域，观察点的位置持续变化，那么将每个进程所绘制完成的地图组合起来，便成为了一个观察者按照预定的顺序前行，所组成的地图组，那么便可以将这一地图组预先储备好，当观察者按照这一顺序前行时，根据前行的位置不同，将地图组中不同的地图提供给观察者。

如图10所示，表明了一直观察俯视角和方位角γ，通过方位角(合理范围时0°-359°)可以观察沿房屋一周所有墙面，通过俯视角可以观察到屋顶和部分墙面(合理范围时0°-89°，其中30°-60°时，效果较好)。根据两角度组合变化可以获得房屋各角度的简单视觉效果。图中，投影长度L＝H*cot(β)；x方向偏移量△x＝L*cos(γ)；y方向偏移量△y＝L*sin(γ)。

本发明实施例提供的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，通过将建筑的特征地理坐标和建筑高度根据预设的观察点坐标进行计算，以计算出偏移信息(包括建筑的侧面的高度偏移方向和侧面绘制高度)，进而在平面的地图画板中绘制了建筑的底面特征点，再根据高度偏移方向和侧面绘制高度绘制了地图中的建筑的顶点，进而完成了侧面和顶面的绘制工作，从而使在平面的地图画板上能够显示三维的图像，也降低了图像绘制的数据量。

进一步，建筑的特征地理坐标包括建筑的多个底面顶点地理坐标。其中底面顶点地理坐标是指，实际测量中，建筑底面的特征点的坐标。底面的边界是由一种，或多种简单图形(如方形、三角形、圆等)组成的，底面的边界也就是由无数点所组成的线段，但底面所对应的图形的特征点是能够确定的。如方形的特征点是其四个顶点，三角形的特征点是三个顶点，圆的特征点是圆上的三个点(通过三个点能够确定唯一一个圆存在)等，也就是通过特征点能够唯一的表达一个图形，该图形也就是建筑的底面所对应的图形。当然，底面也可能存在特殊图形，也就是由多个基本图形所组成的复杂图形，此时，可以按照对复杂图形进行分解和切割的方式来获取简单图形(简单图形如方形、三角、圆形等)。确定了简单图形之后，便可以按照步骤S101-步骤S104的方式来绘制每个图形所对应的侧面和顶面了，最后将绘制好的结果合并即可。需要注意的是，在地图画板上绘制的建筑需要考虑遮挡问题，由此，在合并之后要按照每个侧面距离观察点的远近，来使遮挡面来挡住被遮挡面。

具体的，本申请所提供的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法还包括：根据预设的观察点坐标和特征地理坐标，确定视觉角度，视觉角度包括第一角度和第二角度；其中，第一角度为视线与水平面的水平夹角的角度，第二角度为视线与观察线分别在水平面投影的方向夹角的角度，观察线是观察点与建筑的直接连线。

需要说明的是，视线是观察点按照预定的角度对外界进行观察所形成的线(如眼睛直视所形成的线)。如图5所示，图中的带有箭头的线便是视线。第二角度是视线投影到水平面上所形成的投影线与观察线投影到水平面上的投影线的夹角的角度。观察线是指观察点与建筑的直接连线，其中，观察点与建筑上的每一点均应有观察线，为了简化计算，可以将观察点对同一建筑的一条直接连线确定为观察线。

并且，地图画板包括：标注有横纵坐标的平面坐标系；地图画板上应有东西南北相对应的方向，以确定建筑在地图中的位置，并且地图作为参照点，应设置有横纵坐标的坐标系，如横坐标为X，纵坐标为Y。

具体的，根据特征地理坐标、建筑高度和预设的观察点坐标，计算建筑的偏移信息包括：

根据第二角度和预设的平面坐标系的方位信息，确定高度偏移方向；

根据第一角度、第二角度和建筑高度，计算侧面绘制高度。

在地图画板中建立好标注有横纵坐标的平面坐标系后，也就能够平面坐标系中的方位信息，那么实际测量中的东西南北方向便能够转换到地图中进行显示。也就是根据第二角度和方位信息便能够确定高度偏移方向，高度偏移方向也就是指绘制到地图画板上的建筑的侧面方向。并且还能够根据第一角度、第二角度和建筑高度，计算侧面绘制高度。需要说明的是，计算侧面绘制高度的时候，还可以包括有观察点和建筑高度之间的距离，此距离通过观察点的坐标和建筑的特征地理左边便能够计算得出，如在空间坐标系中观察点的坐标为(X₁，Y₁，Z₁)，建筑的坐标为(X₂，Y₂，Z₂)通过两点间的距离公式便能够计算出二者之间的距离，具体算法不再赘述。绘制地图的时候可以考虑近大远小等视觉理论，当观察点距离建筑较远时，则不用考虑(观察点与建筑的距离较远时，建筑改变位置影响不大)。

进一步，平面坐标系包括X方向和Y方向；

根据第一角度、第二角度和建筑高度，计算侧面绘制高度包括：

根据第一角度和第二角度计算地图偏移角γ；

根据如下公式计算侧面绘制高度在平面坐标系中的X方向绘制高度和Y方向绘制高度：L＝H*cot(β)，offsetX＝L*Cos(γ)，offsetY＝L*Sin(γ)，其中，L为投影长度，H为建筑的建筑高度，β为第一角度，offsetX为X方向绘制高度，offsetY为Y方向绘制高度，γ为地图偏移角γ。

在地图画板的平面坐标系中，地图偏移角是指建筑在地图画板中实际显示出来的侧面的偏移方向。如图4中的斜线L便是地图偏移角。

进一步，步骤S103，根据建筑的特征地理坐标在地图画板中的绘制建筑的底面包括：

将多个底面顶点地理坐标在地图画板中进行标识，以形成多个特征地图坐标；

按照预设的底面连接方式将多个特征地图坐标进行连接，以形成建筑地图底面。

需要说明的是，通常建筑的底面通常是方形，那么顺序按照相邻的两两连接方式便能够连接形成方形的底面。建筑的底面也可以是圆形，按照特征点的连接方式进行连接也能够形成底面。在实际绘图中，建筑的底面可能会发生变形的现象，也就是由于不是从高空正视(俯视)建筑，那么建筑的底面也就会发生变形，那么在地图画板中，连接建筑的底面的特征点的所形成的形状也就可能与实际的底面有一定差别。但连接顺序不发生错误，所形成的地图中的建筑也就是还原了真实的建筑，由此，根据预定的连接顺序来将地图画板中的建筑的底面的特征点进行连接，以形成建筑的地图底面。

进一步，步骤S104，根据特征地理坐标、高度偏移方向和侧面绘制高度绘制建筑的侧面和顶面包括：

若建筑为非复合建筑，则根据多个特征地图坐标，按照高度偏移方向和侧面绘制高度绘制建筑的多个顶面地图坐标；

按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面；

按照预设的顶面连接方式，连接多个顶面地图坐标，以形成建筑的顶面。

在确定了地图的特征地图坐标后，便能够根据高度偏移方向和侧面绘制高度来绘制建筑的顶面地图坐标，通过将特征地图坐标和顶面地图坐标按照预设的顺序进行连接便能够形成建筑的两个侧面相交的楞，进而能够根据形成的楞来绘制出建筑的侧面。并且通过与绘制底面相同的方式来绘制出建筑的顶面，进而完成了建筑的顶面、底面、侧面的绘制。其中，复合建筑是指环状，且环内还有子建筑，或者多个子建筑之间是相互交错的情形。

具体的，按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面包括：

根据观察点坐标和特征地理坐标确定建筑的每个侧面与观察点的视觉距离；

按照视觉距离的远近，先绘制视觉距离较大的侧面，再绘制视觉距离较小的侧面，以使视觉距离较小的侧面遮挡视觉距离较大的侧面。

实际绘制的过程中，需要考虑遮挡的问题，也就是距离观察点较近的面要遮挡距离观察点较远的面。由此，可以先绘制距离观察点较远的面，那么在之后绘制距离观察点较近的面的时候，后绘制的面便能够遮挡住距离观察点较远的面了，从而有效的控制视觉效果。

建筑的底面顶点地理坐标包括建筑的相邻侧面的交叉点；

其中顶点地理坐标是指的能够标识建筑底面形状特征的点，如方形的四个顶点、三小型的三个顶点，五边形的5个顶点，根据这几个点便能够唯一确定下来这个图形。

除了对非复合建筑绘制2.5维地图，还可以对复合建筑进行2.5维地图的绘制，也就是，根据特征地理坐标、高度偏移方向和侧面绘制高度绘制建筑的侧面和顶面包括：

若建筑为复合建筑，则将建筑拆分为多个子建筑，并确定每个子建筑的多个特征地图坐标；

根据多个特征地图坐标，按照高度偏移方向和侧面绘制高度绘制每个子建筑的多个顶面地图坐标，以形成建筑的顶面地图坐标；

按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面；

按照预设的顶面连接方式，连接多个顶面地图坐标，以形成建筑的顶面。

通过上述步骤，便能够针对复合建筑先进性子建筑的划分，再对每一个子建筑建立起相应的2.5维地图，最后再进行合并成为一个完整的建筑。并且在组合的时候，也需要按照建筑到观察点距离的远近来先绘制被遮挡的面，后绘制遮挡的面。如图11所示，表明了绘制复合建筑的过程。逆时针方向的环为外环或岛环，顺时针方向的环为内环(在计算机处理的时候，定义即可，顺时针或逆时针并不是一定的)。在处理复杂多边形时，需要把每个环提取出来，标记出该环为内环还是外环，把各环进行偏移并根据内外环组合为一个复杂的顶多边形，按照先内环后外环的顺序对每一个环按上述流程生成侧面序列并顺序存储。最后将绘制好的环合并起来即可。

本发明所提供的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法还包括：

建立俯视二维地图，并在俯视二维地图上，标识建筑的特征地理坐标、观察点坐标和视线；

在俯视二维地图上设置与视线垂直的参考线；

将每个底面顶点地理坐标投影到参考线上，以确定每个底面顶点地理坐标的投影点；

确定多个投影点中位于参考线上两端的投影点为边缘投影点；

连接两边缘投影点所对应的底面顶点地理坐标，以形成分界线；

确定位于分界线靠近观察点的侧面为视觉阳面，远离观察点的侧面为视觉阴面；

按照上述的步骤便能够确认建筑的视觉阴面和视觉阳面，并且不需要计算每个面与观察点之间的距离。在确定了视觉阴面和视觉阳面之后再绘制建筑的侧面，能够有效的处理好各个面的遮挡问题。

也就是步骤，按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面包括：

在地图画板中，按照先绘制阴面所对应的侧面，且后绘制阳面所对应的侧面的顺序绘制建筑的侧面。

进一步，按照预设的侧面连接方式，连接多个特征地图坐标和多个顶面地图坐标，以形成建筑的侧面还包括：确定视觉距离最远的侧面为绝对阴面，视觉距离最近的面为视觉阳面，按照先绘制绝对阴面，后绘制绝对阳面的顺序绘制建筑的侧面。

在实际绘制中，由于观察点是按照一定的规定进行运动的(如观察者是沿着直线运动的)，由此，总会有一个面是常处于被遮挡的状态的，也就是距离观察者最远的一个面(也可以是根据观察者的运动轨迹来判断出哪个面在运动过程中会一直处于被遮挡的状态)，这个面也就是绝对阴面，相对应的，也会有绝对阳面的存在。绝对阳面也就是始终不会被遮挡的一面，由此先绘制绝对阴面，最后绘制绝对阳面是肯定能够满足视觉上的遮挡要求的。

在绘图中，为了防止较高的建筑遮挡较低的建筑，还可以通过降低楼层的高度来避免这一现象。也就是本发明所提供的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法还包括：根据如下公式确定侧面绘制高度：

L＝sqrt(2*L)*H/2；

其中sqrt为开根号，L为楼层数量，H为单层的建筑高度。

具体的，如图6至图9，示出了由特征地图坐标(在地图上绘制出的建筑的底面)绘制出建筑其他面的过程：

1，根据楼层数计算楼高:H＝L*2.8米，计算俯视角(第一角度)为β时楼棱在地面投影长度(投影长度)offset＝H*cot(β)；

2，当前视线地理方位γ时，如在正东(x)和正北(y)方向的偏移分量:offsetX＝offset*cos(γ)，offsetY＝offset*sin(γ)；

3，根据视线方向，计算出楼房底面多边形的正背面的分界线，先依次绘制背面(阴面)的墙面，再依次绘制正面(阳面)的墙面；

4，把楼房底面多边形所有点坐标向(offsetX，offsetY)偏移，得到楼房顶面，最后绘制顶面。

为了加快系统的处理速度，当处理千万级或以上的居民地多边形时，对程序高效率的处理要求十分强烈。经测试，在处理完一个多边形后，就向文件中写入墙多边形和顶多边形，在IO操作耗费时间巨大，为了避免频繁的OI操作写，为墙面和顶面分别建立内存缓存，每当缓存累计达到设定的最大缓存量时，存储缓存中数据，并清空缓存，继续存放新数据，处理完所有多边形后，再存储缓存中所有数据，这样程序的处理速度可以大幅提升。此外，把处理结果数据存放在gdb数据库中，还能提升IO速度，整个处理效率得以再次提升。

当最大限度提升单进程处理效率后，对应全省或全国所有居民地数据处理仍需要花费较长时间，可以采用多进程并行处理，设置好每个进程处理数据范围和不同的存储路径，只要计算机CPU和内存没有达到极限，数据处理的效率与进程个数线性增长。

下面对52999个多边形进行处理实验，结果如下表1：

表1

类型	存储文件类型	处理时间(s)	平均速度(个/s)
				原始处理	shpfile	>8000	6.5
原始处理	gdb	87	609.2
				建立缓存	shpfile	120	441.6
建立缓存	gdb	86	616.3

源数据文件为shapefile或gdb，其处理效率几乎没有区别。在存储时，单个shpefile文件最大容量为2G，当文件接近2G时，进行读写操作，程序会出现异常或丢失数据。

在本机同时开启3个独立进程对11108548个多边形进行分范围处理，其单个进程处理效率和单进程处理效率相差很小，处理数据总时间基本上与进程个数成反比。如下表2：

表2

处理范围	时间	平均处理个数(/s)	总时间
				1‐3600000	112’34”	533
3600001‐7200000	105’53”	567
				7200001‐11108548	120’37”	540	339’4”
1‐11108548	324’21’	570	324’21’

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，包括：

获取建筑的特征地理坐标和建筑高度；

根据特征地理坐标、建筑高度和预设的观察点坐标，计算所述建筑的偏移信息，所述偏移信息包括：在预设的地图画板中所述建筑的侧面的高度偏移方向和侧面绘制高度；

根据所述特征地理坐标在所述地图画板中绘制所述建筑的底面；

根据所述建筑的特征地理坐标、所述建筑的高度偏移方向和所述建筑的侧面绘制高度绘制所述建筑的侧面和顶面。

2.根据权利要求1所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，所述建筑的特征地理坐标包括建筑的多个底面顶点地理坐标，和/或多个曲边地理坐标，所述多个底面顶点地理坐标用于标识直边图形的顶点，所述曲边地理坐标用于标识曲边图形的曲线边。

3.根据权利要求1所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，

还包括：根据所述预设的观察点坐标和所述特征地理坐标，确定视觉角度，所述视觉角度包括第一角度和第二角度；其中，所述第一角度为视线与水平面的水平夹角的角度，所述第二角度为视线与观察线分别在水平面投影的方向夹角的角度，所述观察线是观察点与建筑的直接连线；

所述地图画板包括：标注有横纵坐标的平面坐标系；

所述根据特征地理坐标、建筑高度和预设的观察点坐标，计算所述建筑的偏移信息包括：

根据所述第二角度和预设的所述平面坐标系的方位信息，确定所述高度偏移方向；

根据所述第一角度、所述第二角度和所述建筑高度，计算所述侧面绘制高度。

4.根据权利要求3所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，

所述平面坐标系包括X方向和Y方向；

所述根据所述第一角度、所述第二角度和所述建筑高度，计算所述侧面绘制高度包括：

根据所述第一角度和所述第二角度计算地图偏移角γ；

根据如下公式计算所述侧面绘制高度在所述平面坐标系中的X方向绘制高度和Y方向绘制高度：L＝H*cot(β)，offsetX＝L*Cos(γ)，offsetY＝L*Sin(γ)，其中，L为投影长度，H为建筑的建筑高度，β为第一角度，offsetX为X方向绘制高度，offsetY为Y方向绘制高度，γ为地图偏移角γ。

5.根据权利要求2所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述建筑的特征地理坐标在所述地图画板中的绘制所述建筑的底面包括：

将多个所述特征地理坐标在所述地图画板中进行标识，以形成多个特征地图坐标；

按照预设的底面连接方式将多个所述特征地图坐标进行连接，以形成建筑地图底面。

6.根据权利要求5所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述特征地理坐标、高度偏移方向和所述侧面绘制高度绘制所述建筑的侧面和顶面包括：

若所述建筑为非复合建筑，则根据所述多个特征地图坐标，按照所述高度偏移方向和所述侧面绘制高度绘制建筑的多个顶面地图坐标；

按照预设的侧面连接方式，连接多个所述特征地图坐标和多个所述顶面地图坐标，以形成所述建筑的侧面；

按照预设的顶面连接方式，连接多个所述顶面地图坐标，以形成所述建筑的顶面。

7.根据权利要求6所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，所述按照预设的侧面连接方式，连接多个所述特征地图坐标和多个所述顶面地图坐标，以形成所述建筑的侧面包括：

根据所述观察点坐标和所述特征地理坐标确定所述建筑的每个侧面与观察点的视觉距离；

按照所述视觉距离的远近，先绘制所述视觉距离较大的所述侧面，再绘制所述视觉距离较小的所述侧面，以使所述视觉距离较小的所述侧面遮挡所述视觉距离较大的所述侧面。

8.根据权利要求7所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，

所述建筑的底面顶点地理坐标包括建筑的相邻侧面的交叉点；

所述方法还包括：

建立垂直俯视二维地图，并在所述俯视二维地图上，标识建筑的特征地理坐标、观察点坐标和视线；

在所述俯视二维地图上设置与所述视线垂直的参考线；

将每个所述特征地理坐标投影到所述参考线上，以确定每个所述特征地理坐标的投影点；

确定多个所述投影点中位于所述参考线上两端的投影点为边缘投影点；

连接两边缘投影点所对应的所述特征地理坐标，以形成分界线；

确定位于所述分界线靠近观察点的侧面为视觉阳面，远离所述观察点的侧面为视觉阴面；

所述按照预设的侧面连接方式，连接多个所述特征地图坐标和多个所述顶面地图坐标，以形成所述建筑的侧面包括：

在所述地图画板中，按照先绘制阴面所对应的侧面，且后绘制阳面所对应的侧面的顺序绘制所述建筑的侧面一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法；所述按照预设的侧面连接方式，连接多个所述特征地图坐标和多个所述顶面地图坐标，以形成所述建筑的侧面还包括：确定所述视觉距离最远的侧面为绝对阴面，所述视觉距离最近的面为视觉阳面，按照先绘制绝对阴面，后绘制绝对阳面的顺序绘制所述建筑的侧面。

9.根据权利要求5所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，所述根据所述特征地理坐标、高度偏移方向和所述侧面绘制高度绘制所述建筑的侧面和顶面包括：

若所述建筑为复合建筑，则将所述建筑拆分为多个子建筑，并确定每个所述子建筑的多个特征地图坐标；

根据所述多个特征地图坐标，按照所述高度偏移方向和所述侧面绘制高度绘制每个子建筑的多个顶面地图坐标，以形成所述建筑的顶面地图坐标；

按照预设的侧面连接方式，连接多个所述特征地图坐标和多个所述顶面地图坐标，以形成所述建筑的侧面；

按照预设的顶面连接方式，连接多个所述顶面地图坐标，以形成所述建筑的顶面。

10.根据权利要求4所述的一种快速的2.5维建筑物模型的构建方法，其特征在于，还包括：根据如下公式确定所述侧面绘制高度：

L＝sqrt(2*L)*H/2；

其中sqrt为开根号，L为楼层数量，H为单层的建筑高度。