CN104392037A - 一种城市场景参数化建模系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市场景参数化建模系统。本发明根据“参—建分离”的系统架构设计思路和优化分工的需求分解成多个功能模块。包括：参数管理模块，从服务网站导入参数集，对参数集进行集中管理和编辑。服务网站模块，提供风格库查询和编辑、项目原始文件上传、项目状态和进度查询、三维模型文件下载功能。自动建模模块，利用文件格式转换工具和CGA规则库，自动、快速地生成三维模型。本发明将参数管理和参数化建模分隔开来，中间通过Web进行衔接，使用户只须在熟悉的AutoCAD软件平台中进行简单的参数管理操作即可，而复杂的参数化建模过程则由位于服务端的自动建模模块自动完成，降低了用户的技术门槛。

Description

一种城市场景参数化建模系统

技术领域

本发明属于计算机辅助设计技术领域，涉及一种城市场景参数化建模系统。

背景技术

数字城市代表了城市信息化的发展方向，是推动整个国家信息化的重要手段。进入21世纪以来，数字城市得到了较快的发展，已成为当前最具发展潜力的战略性高技术领域之一。在数字城市的各类应用系统中，三维城市模型正逐渐取代二维城市地图，成为城市规划、城市管理、公共安全、遗产保护、交通导航、旅游度假、军事国防、影视娱乐等诸多领域的基础地理空间信息表达形式。传统三维城市模型的构建主要依靠商业化的计算机辅助设计软件，采用大量人工交互建模的方式，该方式对于大尺度城市场景而言存在制作周期长、成本高、更新难度大、时效性差、对建模人员技术水平的依赖性强等问题，已成为制约数字城市发展的重要瓶颈之一。

为此，近年来涌现出了不少针对城市场景的快速建模技术，尤其是基于参数化的建模技术，在大尺度城市场景建模中显示出了强大的能力。但是该类技术存在较高的技术门槛，主要表现在：它由形式化或结构化的文法规则驱动建模，因此用户必须掌握特定的计算机语言，并需具备一定的编程能力；城市地物类型丰富多样，必须建立庞大的文法规则库，才能逼近真实世界的复杂空间形态；与传统二维城市模型数据衔接困难、编辑不便。这些问题已严重制约了参数化技术在城市三维建模领域的应用，阻碍了已有二维城市地图向三维城市模型的转化。

为了能够更好地为数字城市服务，城市场景三维建模必须解决三大问题：如何提高城市场景的建模效率；如何降低用户的技术门槛；如何降低城市场景更新和维护的成本。因此需要一种“参—建分离”的软件系统来解决以上问题。所述的“参—建分离”是指参数管理与参数化建模相分离，中间以Web进行衔接。这样用户只需在熟悉AutoCAD软件平台中管理好参数即可，而复杂的参数化建模过程被完好地封装在服务端，并实现了高度的流程化和自动化。如此，一方面可大幅降低用户的技术门槛，另一方面可充分利用参数化技术的优势。

发明内容

本发明目的在于：针对现有城市场景三维建模过程中存在的上述问题，提供一种城市场景参数化建模系统，可以降低用户的技术门槛、提高建模效率、降低模型维护成本。

一种城市场景参数化建模系统，根据“参—建分离”的系统架构设计思路和优化分工的需求分解成多个功能模块。所述的城市场景参数化建模系统包括：参数管理模块，可以从服务网站导入参数集，对参数集进行集中管理和编辑，还可以将代表城市地物的AutoCAD图元和参数集以属性块的形式关联起来，并根据需要对这些属性块进行管理和编辑。服务网站模块，提供风格库查询和编辑、项目原始文件上传、项目状态和进度查询、三维模型文件下载功能。自动建模模块，利用文件格式转换工具和CGA规则库，自动、快速地生成三维模型。

本发明具有的有益效果是：

1）本发明将参数管理和参数化建模分隔开来，中间通过Web进行衔接，使用户只须在熟悉的AutoCAD软件平台中进行简单的参数管理操作即可，而复杂的参数化建模过程则由位于服务端的自动建模模块自动完成，降低了用户的技术门槛。

2）本发明是基于参数化技术的城市场景建模系统，参数化技术的高效性和灵活性，使该系统可以适应不同尺度、不同精度和不同类型的城市场景建模需求，提高了建模效率，降低了模型维护成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明提供的城市场景参数化建模系统的各功能模块图。

图2是图1所述城市场景参数化建模系统的建模方法流程图。

图3是本发明的参数管理模块的流程图。

图4是本发明的服务网站模块的流程图。

图5是本发明的自动建模模块的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例提供一种城市场景参数化建模系统100的功能模块图。所述的城市场景参数化建模系统用于快速建立、维护和更新数字化的城市三维模型。

所述的城市三维模型包括一定区域范围内的自然和人工空间要素，如建筑、道路、地块、绿化、景观小品、行人、汽车、山体和水系。

所述的一种城市场景参数化建模系统100通过三个模块实现，分别是参数管理模块10、服务网站模块20和自动建模模块30。

所述的参数管理模块10以插件的形式内嵌于AutoCAD软件平台。可以从服务网站中导入参数集，对参数集进行集中管理和编辑，将代表城市地物的AutoCAD图元和参数集以属性块的形式关联起来，并可对这些属性块进行管理和编辑。

包括以下三个子模块：参数组织管理子模块，主要以列表的形式对参数集进行管理，能够导入、导出、保存和另存参数集,可以在列表中增加、删减参数和对参数进行排序，还可以编辑参数值；参数关联子模块，可以将AutoCAD图元与列表中的参数集以属性块的形式关联在一起，并可以设置参数集与多个图元的关联形式、参数集在图元中的定位方式、参数集的文字显示大小以及选择是否显示参数集；属性块管理子模块，可以将关联错误的属性块恢复成普通图元，能够从属性块中提取参数集到列表，从一个属性块中复制属性集到另一个属性块，以及随鼠标动态查看参数集。

所述的参数集是多个不同参数的集合，每个参数又包含参数名、提示文字和参数值三个内容。

所述的图元与参数集关联的过程为：获取参数组织管理子模块中的参数集，对其中的每一个参数生成一个属性定义对象；确定属性定义对象的坐标和显示字号大小；同时将属性定义对象和图元加入当前选择集，并由此创建属性块。此时参数集中的每一个参数在属性块中成为了一个依附于图元且值可被编辑的属性，由此实现了参数与图元的关联。

所述的参数集与多个图元的关联形式包括：独立式，即每个图元单独与一组参数集相关联，形成多个属性块；整体式，即多个图元共同与一组参数集相关联，形成一个属性块。

所述的参数集在图元中的定位方式包括：自动式，即以图元的几何中心为原点定位参数集；手动式，即采用人工交互的方式手动确定参数集的在图元中的坐标。

所述的服务网站模块20可以对风格库和项目库进行集中管理，是参数管理模块和自动建模模块之间联系的中间介质。

包括以下两个子模块：风格库管理子模块，用户可以对风格库进行浏览和查询，创建自己的风格库，并可以直接从风格库中复制风格参数集到系统内存，方便将参数集导入到参数管理模块。管理员可对风格进行创建、编辑、删除和查询操作，并可以增加、删除和修改风格库类别；项目库管理子模块，用户可新建、暂停、终止、查询和恢复项目，可以查询项目状态和进度，并通过项目中的链接下载最终处理好的三维模型文件。管理员可以暂停、终止、查询和恢复项目，更新项目状态和进度，并可以调整项目处理的先后次序。

所述的风格，是城市空间要素的一种特定样式。风格库中的每一个风格，包含风格图片、风格编号、收藏次数、风格类别、关键词、参数集和备注信息。所述的风格编号以唯一标示的字符串表示。

所述的风格，其参数集中必须包含一个用于标识该风格的参数，该参数值为该风格的风格编号。

所述的项目状态，包含待处理、处理中、已完成、已暂停四种类型。项目库管理子模块包含上述四个状态列表，每个列表存储和管理相应状态下的所有项目。

所述的自动建模模块30利用文件格式转换工具和CGA（Computer Generated Architecture）规则库，自动、快速地生成三维模型。

所述的生成三维模型过程：获取需处理的项目原始DXF文件，根据DXF文件中图元对象的类型，将所有线状的属性块对象转换成Polyline类型的SHP格式文件，将所有面状的属性块对象转换成Polygon类型的SHP格式文件，然后将SHP格式文件导入CityEngine平台，从文件的属性字段中获取每个SHP图元的风格编码，据此从CGA规则库中检索同名的CGA规则文件，并指派给该SHP图元，读取SHP图元的其他参数值，代入CGA规则文件进行自动建模，最后将生成的三维模型文件导出至服务器，清理项目文档，为下一个项目作准备。

所述的CGA规则文件，是一种定义和驱动对象生成过程的计算机脚本。CGA规则库中的规则文件与风格库中的风格一一对应，且CGA规则文件的文件名与对应风格的风格编码一致，以方便后期在CGA规则库中反向检索所需的规则。

请参阅图2，为本发明城市场景参数化建模系统100所述的建模方法流程图，所述建模方法包括以下步骤：

步骤1：在任何一台可以访问服务网站的pc机上，使用WWW浏览器并输入正确的访问地址（如http://192.168.3.212/login.aspx）即可显示登录界面。系统默认的用户名和密码均为client。

步骤2：登录服务网站后将首先进入风格库界面。可以通过搜索框检索符合要求的风格，点击任一风格图标可查看该风格的详细信息，用户可以根据需要将风格添加到自己的风格库中。之后将所需风格的参数集导入到AutoCAD的参数管理模块中，并将该参数集与代表城市地物的AutoCAD图元以属性块的形式关联起来。

所述的风格的详细信息包括：风格图片、风格编号、收藏次数、风格类别、关键词、参数集和备注信息。

步骤3：不断重复上一步骤，直到所有待建模的图元均与相应参数集相关联。之后可以根据需要对这些属性块进行修改、查询、复制和恢复操作。最后保存成DXF格式文件。

步骤4：再次登陆服务网站，进入项目库界面。新建一个项目，将上述DXF格式文件作为项目原始文件上传，输入项目名称、项目概况和备注信息。此时该项目便进入项目库的待处理列表，等待服务器处理。用户可以查询该项目的详细信息、状态和进度。

步骤5：自动建模模块获取服务器端的项目原始DXF文件，将DXF格式转换成SHP格式，之后导入到CityEngine平台，并进行参数化建模，再将三维模型导出至服务器，最后清理项目文档，为下一个项目作准备。

所述的参数化建模过程：从SHP格式文件的属性字段中获取每个SHP图元的风格编码，据此从CGA规则库中检索同名的CGA规则文件，并指派给该SHP图元，读取SHP图元的其他参数值，代入CGA规则文件进行自动建模。

步骤6: 用户登陆服务网站模块，进入项目库界面，在已完成列表中找到对应项目的下载链接，下载生成的城市三维模型文件。

下面细分各个功能模块，解释本发明的具体功能。

请参阅图3，为本发明的一种城市场景参数化建模系统100的参数管理模块10，包括以下子模块流程：1）参数组织管理，可以导入、导出、保存参数集，可以对参数内容进行编辑；2）参数关联，将代表城市地物的AutoCAD图元与参数集以属性块的形式关联起来；3）属性块管理，可以对属性块进行修改参数值、动态查询、复制参数集和恢复为普通图元操作。

请参阅图4，为本发明的一种城市场景参数化建模系统100的服务网站模块20，包括以下子模块流程：1）项目库管理，用户新建项目、上传项目原始文件，之后可以查询项目的状态和进度，带服务端处理完成后可以最终通过链接下载到城市三维模型，管理员可以查询项目详细信息、编辑项目状态和进度、查询用户信息和管理三维模型文件；风格库管理，用户可查询风格库、浏览风格的详细信息、导出风格的参数集、管理自己的风格库；管理员可添加新风格、编辑风格详细信息和管理风格库类型。

所述的风格，具有唯一的风格编码，其命名规则只能包含：0-9，a-z，A-Z，_。

请参阅图5，为本发明的一种城市场景参数化建模系统100的自动建模模块30，包括以下步骤：1）导入一个项目原始文件；2）转换文件格式，将DXF文件转换成SHP格式文件；3）将SHP格式文件导入CityEngine软件平台；4）获取SHP图元的风格编码；5）检索并指派CGA规则文件；6）读取其他参数值并代入CGA规则文件；6）自动建模；7）导出模型文件至服务器；8）清理项目文档。

所述的CGA规则文件，其文件名与服务网站中对应风格的风格编码一致。

所述的检索并指派CGA规则文件过程：1）从SHP图元中读取代表风格编码的参数值；2）根据该参数值，从CGA规则库中搜索同名的CGA规则文件；3）将该图元的rule file参量指定为该CGA规则文件，从而使该图元可以参照该规则文件进行自动建模。

总之，城市场景参数化建模系统的实现方法可以将参数管理与参数化建模分割开来，中间通过Web进行衔接，使普通用户能够专注于方案设计和参数管理，而复杂的参数化建模则被封装在高度自动化、流程化的服务端，从而降低用户的技术门槛，提高城市三维建模效率，降低模型维护成本。

Claims (7)

1. 一种城市场景参数化建模系统，其特征在于：包括

参数管理模块，从服务网站导入参数集，对参数集进行集中管理和编辑，将代表城市地物的AutoCAD图元和参数集以属性块的形式关联起来，并根据需要对这些属性块进行管理和编辑；

服务网站模块，提供风格库查询和编辑、项目原始文件上传、项目状态和进度查询、三维模型文件下载功能；

自动建模模块，利用文件格式转换工具和CGA规则库，自动、快速地生成三维模型。

2.根据权利要求1所述的一种城市场景参数化建模系统，其特征在于：所述的参数管理模块包括以下三个子模块：

参数组织管理子模块，主要以列表的形式对参数集进行管理，能够导入、导出、保存和另存参数集,可以在列表中增加、删减参数和对参数进行排序，还可以编辑参数值；

参数关联子模块，将AutoCAD图元与列表中的参数集以属性块的形式关联在一起，并可以设置参数集与多个图元的关联形式、参数集在图元中的定位方式、参数集的文字显示大小以及选择是否显示参数集；

属性块管理子模块，将关联错误的属性块恢复成普通图元，能够从属性块中提取参数集到列表，从一个属性块中复制属性集到另一个属性块，以及随鼠标动态查看参数集。

3.根据权利要求2所述的一种城市场景参数化建模系统，其特征在于：所述的参数集是多个不同参数的集合，每个参数又包含参数名、提示文字和参数值三个内容；

图元与参数集关联的过程为：获取参数组织管理子模块中的参数集，对其中的每一个参数生成一个属性定义对象；确定属性定义对象的坐标和显示字号大小；同时将属性定义对象和图元加入当前选择集，并由此创建属性块；此时参数集中的每一个参数在属性块中成为了一个依附于图元且值可被编辑的属性，由此实现了参数与图元的关联；

所述的参数集与多个图元的关联形式包括：独立式，即每个图元单独与一组参数集相关联，形成多个属性块；整体式，即多个图元共同与一组参数集相关联，形成一个属性块；

所述的参数集在图元中的定位方式包括：自动式，即以图元的几何中心为原点定位参数集；手动式，即采用人工交互的方式手动确定参数集的在图元中的坐标。

4.根据权利要求1所述的一种城市场景参数化建模系统，其特征在于：所述的服务网站模块包括以下两个子模块：

风格库管理子模块，用户可以对风格库进行浏览和查询，创建自己的风格库，并可以直接从风格库中复制风格参数集到系统内存，方便将参数集导入到参数管理模块；管理员可对风格进行创建、编辑、删除和查询操作，并可以增加、删除和修改风格库类别；

项目库管理子模块，用户可新建、暂停、终止、查询和恢复项目，可以查询项目状态和进度，并通过项目中的链接下载最终处理好的三维模型文件；管理员可以暂停、终止、查询和恢复项目，更新项目状态和进度，并可以调整项目处理的先后次序。

5.根据权利要求4所述的一种城市场景参数化建模系统，其特征在于：

所述的风格库中的每一个风格，包含风格图片、风格编号、收藏次数、风格类别、关键词、参数集和备注信息；所述的风格编号以唯一标示的字符串表示；

所述的风格，其参数集中必须包含一个用于标识该风格的参数，该参数值为该风格的风格编号；

所述的项目状态，包含待处理、处理中、已完成、已暂停四种类型；项目库管理子模块包含上述四个状态列表，每个列表存储和管理相应状态下的所有项目。

6.根据权利要求1所述的一种城市场景参数化建模系统，其特征在于：

生成三维模型过程：获取需处理的项目原始DXF文件，根据DXF文件中图元对象的类型，将所有线状的属性块对象转换成Polyline类型的SHP格式文件，将所有面状的属性块对象转换成Polygon类型的SHP格式文件，然后将SHP格式文件导入CityEngine平台，从文件的属性字段中获取每个SHP图元的风格编码，据此从CGA规则库中检索同名的CGA规则文件，并指派给该SHP图元，读取SHP图元的其他参数值，代入CGA规则文件进行自动建模，最后将生成的三维模型文件导出至服务器，清理项目文档，为下一个项目作准备。

7.根据权利要求6所述的一种城市场景参数化建模系统，其特征在于：

所述的CGA规则文件，是一种定义和驱动对象生成过程的计算机脚本；CGA规则库中的规则文件与风格库中的风格一一对应，且CGA规则文件的文件名与对应风格的风格编码一致，以方便后期在CGA规则库中反向检索所需的规则。