CN105469355B - 基于城市三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于城市三维模型自动提取2.5维地图建筑物轮廓方法，属于地理信息技术领域。本发明通过在城市三维模型与2.5维地图之间建立坐标映射关系，从而实现将建筑物轮映射到2.5维地图中，然后提取投影后的建筑轮廓进矢量范围。本发明实现了在生产2.5维地图的过程中自动提取建筑物轮廓，解决当前生产模式中人工勾绘费时费力的问题，极大的节约了2.5地图制作与应用成本，为将各类经济社会属性与2.5维地图中的建筑物进行挂接应用提供了技术支撑。

Description

基于城市三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法
技术领域
本发明属于地理信息技术领域，特别是涉及一种基于三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法。
背景技术
我国社会的快速发展，对测绘地理信息的需求呈现出新的趋势，并提出了更高的要求，现代城市空间主要由各种各样的建筑构成，建筑物的覆盖面积大，且其三维信息与城市规划设计、城市环境污染控制与保护、城市资源管理与配置都密切相关。
建筑物是地理数据库中最容易增加和发生变化，也是最需要更新的部分，由于建筑物对于城市建设、GIS系统更新、数字化城市以及军事侦察等方面的重要性，快速提取建筑物信息技术和进行建筑物变化检测在城市发展规划、电子信息化、国防等方面有着重要的应用。在现有技术中，城市地区的建筑物轮廓提取大多数是利用航空影像来进行，其自动化水平较低，同时建筑物几何特征自动提取较困难。
现有的建筑物轮廓提取研究大多集中在比较规则和特征明显的建筑物，通用性较差，当建筑物比较密集时，提取的效果一般并且费时费力。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种自动化程度较高、制作成本低的建筑物轮廓提取方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于城市三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法，按以下步骤进行：
步骤一、建立3维地图到2.5维地图坐标映射公式、获取建筑模型各三角面顶点坐标集；
步骤二、根据坐标映射公式，计算建筑模型投影到2.5维地图后各三角面的顶点坐标集；
步骤三、对2.5维中的各三角面进行合并，得到建筑物在2.5维地图中的轮廓；
所述建立3维地图到2.5维地图坐标映射公式按以下步骤进行：
确立坐标转换公式Fc；
Fc为
所述x、y、z为三维模型中任意一个顶点的三维坐标值，所述x、y、z均为任意实数；所述ρ、γ为平行投影的投影方向单位向量的分量，所述ρ、γ均为大于0小于1的实数；所述X、Y为三维点(x、y、z)投影到二维地图上的二维点坐标值，所述X、Y为任意实数；
获取建筑模型各三角面顶点坐标集按以下步骤进行：
A1、构建一个数组V1，用于存储三维建筑模型所有三角面的顶点坐标；
A2、对每个三维建筑模型，依次取出模型中的每个三角面，将三角面各顶点的坐标x、y、z写入数组V1中；
所述步骤二按以下步骤进行；
B1、建立数组V2，用于存储建筑模型所有三角面顶点在2.5维地图中对应的顶点坐标；
B2、依次取出数组V1中的三个元素；
B3、使用公式Fc，计算每一组x、y、z坐标值对应的2.5维地图顶点坐标X、Y，并依次存储数组V2中；
所述对2.5维中的各三角面进行合并，得到建筑物在2.5维地图中的轮廓按以下步骤进行：
C1、建立数组V3，每个元素为一个三角面，用T表示；
C2、依次取出数组V2中的三个元素，组成一个三角面Tm；m为正整数；
C3、建立一个多边形面P，并将数组V3中第一个元素的各个顶点保存到P中，P为：{X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3}，此处，X1,Y1与X2,Y2以及X3,Y3均对应于数组V2中的X、Y；并删除数组V3的第一个元素；
C4、取出数组V3中的第一个元素T1；
C5、判断T1与P是否相交或相邻，当T1与P相交或相邻时，计算T1与P的并集，得到新的多边形P'，并将P中的所有元素替换为P'的所有元素，然后从V3中删除元素T1；当V3已经没有元素时结束，否则选取T1后的一个元素执行步骤C5；
当T1与P不相交或不相邻时，执行步骤C6；
C6、如果当前元素不是数组V3最后一个元素，则取出数组V3中T1的下一个元素，然后执行步骤C5；否则结束。
进一步的，还包括依次取出V3中的每个元素Tm与P进行合并计算的步骤：
所述步骤C6中，如果当前元素不是数组V3最后一个元素，则取出数组V3中T1的下一个元素，然后执行步骤C5；否则，依次取出当前数组V3中的每个元素与P进行合并，最终得到的多边形P即为一个三维建筑模型在2.5维地图中的建筑物轮廓。
进一步的，还包括以交换格式输出2.5维建筑物轮廓的步骤，按如下步骤进行：
D1、新建一个纯文本文件J；
D2、将P中的每个元素写入到文件J中，元素间用分隔符隔开。
本发明的有益效果是：本发明通过在城市三维模型与2.5维地图之间建立坐标映射关系，从而实现将建筑物轮映射到2.5维地图中，然后提取投影后的建筑轮廓进矢量范围。本发明实现了在生产2.5维地图的过程中自动提取建筑物轮廓，解决当前生产模式中人工勾绘费时费力的问题，极大的节约了2.5地图制作与应用成本，为将各类经济社会属性与2.5维地图中的建筑物进行挂接应用提供了技术支撑。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种基于城市三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法，按以下步骤进行：
步骤一、建立3维地图到2.5维地图坐标映射公式、获取建筑模型各三角面顶点坐标集；
步骤二、根据坐标映射公式，计算建筑模型投影到2.5维地图后各三角面的顶点坐标集；
步骤三、对2.5维中的各三角面进行合并，得到建筑物在2.5维地图中的轮廓；
所述建立3维地图到2.5维地图坐标映射公式按以下步骤进行：
确立坐标转换公式Fc；
Fc为
所述x、y、z为三维模型中任意一个顶点的三维坐标值，所述x、y、z均为任意实数；所述ρ、γ为平行投影的投影方向单位向量的分量，所述ρ、γ均为大于0小于1的实数；所述X、Y为三维点(x、y、z)投影到二维地图上的二维点坐标值，所述X、Y为任意实数；
获取建筑模型各三角面顶点坐标集按以下步骤进行：
A1、构建一个数组V1，每个元素为一个数字，用于存储三维建筑模型所有三角面的顶点坐标。
A2、对每个三维建筑模型，依次取出模型中的每个三角面，将三角面各顶点的坐标x、y、z写入数组V1中，每三个元素为一个顶点，每九个元素为一个三角面。
所述步骤二按以下步骤进行：
B1、建立数组V2，每个元素为一个数字，用于存储建筑模型所有三角面顶点在2.5维地图中对应的顶点坐标。
B2、依次取出数组V1中的三个元素(根据定义，为一个顶点的x、y、z坐标值)。
B3、使用公式Fc，计算每一组x、y、z坐标值对应的2.5维地图顶点坐标X、Y，并依次存储数组V2中，其中每2个元素为一个顶点，每6个元素为一个三角面。则V2可表示为
V2:{D1,D2,D3,D4,……,Dn}
其中，Dn为任意实数，D1、D3、Dn-1代表2.5维地图顶点坐标的X值，对应地，D2、D4、Dn代表2.5维地图顶点坐标的Y值，n为6的整数倍。
所述对2.5维中的各三角面进行合并，得到建筑物在2.5维地图中的轮廓按以下步骤进行：
C1、建立数组V3，每个元素为一个三角面，用T表示；
C2、依次取出数组V2中的每六个元素，组成一个三角面Tm；m为正整数；则T可表示为
T:{T1{D1,D2,……,D6},T2{D7,D8……,D12},……,Tm{Dn-5,Dn-4,……,Dn}
其中，n为数组V2的元素数量，m等于n/6。
C3、建立一个多边形面P，并将数组V3中第一个元素的各个顶点保存到P中，P为：{D1,D2,……,D6}；
C4、取出V3中的第一个元素T1；
C5、使用面运算算法判断T1与P是否相交或相邻，当T1与P相交或相邻时，计算T1与P的并集，得到新的多边形P'，并将P中的所有元素替换为P'的所有元素，然后从V3中删除元素T1；当V3已经没有元素时结束，否则选取T1后的一个元素执行步骤C5；当T1与P不相交或不相邻时，执行步骤C6；
C6、如果当前元素不是数组V3最后一个元素，则取出数组V3中T1的下一个元素，然后执行步骤C5.
当前元素是数组V3最后一个元素时，依次取出当前数组V3中的每个元素与P进行合并，得到的多边形即为一个三维建筑模型在2.5维地图中的建筑物轮廓。理论上，当前数组V3应当为空，由于建模方式、计算机存储误差等原因可能导致数组V3不为空，则依次取出当前数组中的每个元素，与P进行合并计算；V3中所有元素处理完后，最终得到的多边形P即为一个三维建筑模型在2.5维地图中的建筑物轮廓。
本实施例中，在步骤C6后还包括以交换格式输出2.5维建筑物轮廓的步骤，按如下步骤进行：
D1、新建一个纯文本文件J，本实施例中，纯文本文件J为*.txt格式，当然纯文本文件J也可以为自定义文本格式。
D2、将P中的每个元素写入到文件J中，元素间用一个分隔符隔开。本实施例中，分隔符为逗号“,”，当然，分隔符还可以采用分号“；”。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于城市三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一、建立3维地图到2.5维地图坐标映射公式、获取建筑模型各三角面顶点坐标集；
步骤二、根据坐标映射公式，计算建筑模型投影到2.5维地图后各三角面的顶点坐标集；
步骤三、对2.5维中的各三角面进行合并，得到建筑物在2.5维地图中的轮廓；
所述建立3维地图到2.5维地图坐标映射公式按以下步骤进行：
确立坐标转换公式Fc：
Fc为
所述x、y、z为三维模型中任意一个顶点的三维坐标值，所述x、y、z均为任意实数；所述ρ、γ为平行投影的投影方向单位向量的分量，所述ρ、γ均为大于0小于1的实数；所述X、Y为三维点(x，y，z)投影到2.5维地图上的坐标值，所述X、Y为任意实数；
获取建筑模型各三角面顶点坐标集按以下步骤进行：
A1、构建一个数组V1，用于存储三维建筑模型所有三角面的顶点坐标；
A2、对每个三维建筑模型，依次取出模型中的每个三角面，将三角面各顶点的坐标值x、y、z写入数组V1中；
所述步骤二按以下步骤进行；
B1、建立数组V2，用于存储建筑模型所有三角面顶点在2.5维地图中对应的顶点坐标；
B2、依次取出数组V1中的三个元素；
B3、使用公式Fc，计算每一组x、y、z坐标值对应的二维坐标(X，Y)，并依次存储数组V2中；
所述对2.5维中的各三角面进行合并，得到建筑物在2.5维地图中的轮廓按以下步骤进行：
C1、建立数组V3，每个元素为一个三角面，用T表示：依次取出数组V2中的三个元素，组成一个三角面Tm；m为正整数；
C2、建立一个多边形面P，并将数组V3中第一个元素的各个顶点保存到P中，P为：{X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3}；
C3、取出数组V3中的第一个元素T1；
C4、判断T1与P是否相交或相邻，当T1与P相交或相邻时，计算T1与P的并集，得到新的多边形P'，并将P中的所有元素替换为P'的所有元素，然后从V3中删除元素T1；当V3已经没有元素时结束，否则选取T1后的一个元素作为新的T1执行步骤C4；当T1与P不相交或不相邻时，执行步骤C5；
C5、如果当前元素不是数组V3最后一个元素，则取出数组V3中T1的下一个元素，然后执行步骤C4；否则结束。
2.如权利要求1所述的基于城市三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法，其特征是：还包括依次取出V3中的每个元素Tm与P进行合并计算的步骤：
所述步骤C5中，如果当前元素不是数组V3最后一个元素，则取出数组V3中T1的下一个元素，然后执行步骤C4；否则，依次取出当前数组V3中的每个元素与P进行合并，最终得到的多边形P即为一个三维建筑模型在2.5维地图中的建筑物轮廓。
3.如权利要求1或2所述的基于城市三维模型提取2.5维地图建筑物轮廓的方法，其特征是：还包括以交换格式输出2.5维建筑物轮廓的步骤，按如下步骤进行：
D1、新建一个纯文本文件J；
D2、将P中的每个元素写入到文件J中，元素间用分隔符隔开。
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