CN105894575B - 道路的三维建模方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种道路的三维建模方法和装置。所述方法包括：确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵；根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点；应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置；将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。本发明实施例提供的道路的三维建模方法和装置提高了三维建模过程的建模效率及模型数据的准确性。

Description

道路的三维建模方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及基于位置服务技术领域，尤其涉及一种道路的三维建模方法和装置。

背景技术

三维空间信息技术的发展非常迅速，传统的二维图像对于三维空间的表达十分有限，难以满足人们对城市三维空间信息的需求。鉴于此，国内外的学者和工程技术人员对如何快速而准确的获取空间三维信息并进行数字化展开了深入的研究是开发工作。

作为对城市三维空间信息建模的重要组成部分，对道路的三维空间信息建模具有广泛的工程应用基础。然而，现有的对道路的三维建模大都依靠人工操作3DMax、Maya等三维建模软件完成。这样的半自动建模过程不仅费时费力，而且难免由于人工操作的不当而引入数据的不准确。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种道路的三维建模方法和装置，以提高三维建模过程的建模效率及模型数据的准确性。

一方面，本发明实施例提供了一种道路的三维建模方法，所述方法包括：

确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵；

根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点；

应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置；

将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。

另一方面，本发明实施例还提供了一种道路的三维建模装置，所述装置包括：

形状及矩阵确定模块，用于确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵；

同截面点选取模块，用于根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点；

三维位置确定模块，用于应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置；

模型形成模块，用于将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。

本发明实施例提供的道路的三维建模方法和装置通过确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵，根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点，应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置，以及将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型，实现了对道路的自动三维建模，提高了三维建模过程的建模效率及模型数据的准确性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明第一实施例提供的道路的三维建模方法的流程图；

图2A是本发明第一实施例的一种优选实施方式下道路的三维曲线的示意图；

图2B是本发明第一实施例的另一种优选实施方式下道路的三维曲线的示意图；

图2C是本发明第一实施例提供的再一种优选实施方式下道路的三维曲线的示意图；

图3是本发明第二实施例提供的道路的三维建模方法中形状及矩阵确定操作的流程图；

图4是本发明第二实施例的一种优选实施方式下确定关键点的三维变换矩阵的原理示意图；

图5是本发明第三实施例提供的道路的三维建模方法中同截面点选取操作的流程图；

图6是本发明第四实施例提供的道路的三维建模方法的流程图；

图7是本发明第五实施例提供的道路的三维建模装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

第一实施例

本实施例提供了道路的三维建模方法的一种技术方案。本实施例提供的所述道路的三维建模方法可以由道路的三维建模装置来执行，该装置集成在一台计算设备中。

参见图1，所述道路的三维建模方法包括：

S11，确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵。

在本实施例中，所述三维曲线可以是被建模的道路的中心线、左侧边界线或者右侧边界线。所述关键点是位于所述三维曲线上的点。因此，所述关键点是位于所述道路的中心线上的点、位于所述道路的左侧边界线上的点，或者位于所述道路的右侧边界线上的点。图2A、图2B及图2C分别示出了所述关键点在所述道路的中心线21、所述道路的左侧边界线22及所述道路的右侧边界线23的情况。

所述三维曲线的形状是指所述三维曲线在三维空间中的形状。所述三维曲线的形状可以通过所述道路的中心线、左侧边界线或者右侧边界线在二维平面上的形状及所述中心线、所述左侧边界线或者所述右侧边界线的高度数据确定。

具体的，所述三维曲线在二维平面上的形状可以通过二维地图应用中所述道路的位置数据获得。而所述道路的中心线、左侧边界线或者右侧边界线的高度可以从街景应用的高程数据中获得。

所述三维变换矩阵是用于将所述关键点的二维空间坐标转换至三维空间坐标所使用的变换矩阵。所述关键点的二维空间坐标是指所述关键点在所述道路的横截面平面上的位置坐标。在将所述二维空间坐标转换为三维空间坐标时，首先对所述二维空间坐标进行补零，使其变为一个包含三个向量元素的向量，再将补零后的向量与所述三维变换矩阵相乘，即可得到所述关键点的三维空间坐标。

S12，根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点。

可以理解的是，与所述关键点在同一个横截面平面上还包括除所述关键点以外的其他点。所述其他点与所述关键点一样，均处于所述横截面的边界位置。这些点与所述关键点一起，共同构成了所述道路在所述关键点位置的横截面的形状。

在获取所述三维曲线形状以及所述关键点的三维变换矩阵之后，需要获取与所述关键点同在一个横截面上的其他点。也即，获取与所述关键点同在一个横截面上的其他点在所述横截面平面上的二维空间坐标。

S13，应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置。

在同一个横截面上的不同点，由二维空间转换至三维空间时使用的三维变换矩阵是相同的。因此，对与所述关键点同在同一个横截面上的其他点应用所述关键点的三维变换矩阵，即可确定所述其他点的三维空间位置。也就是说，对所述其他点的二维空间坐标进行补零，变为包含三个元素的向量，再将补零后的向量与所述关键点的三维变换矩阵相乘，即可得到所述其他点在所述三维空间中的空间位置。

S14，将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。

经过上述几个步骤的变换，在三维空间中形成了所述道路三维模型的不同横截面。将这些不同的横截面上的点相互连接，即可获得所述道路的三维模型。也就是说，所述道路的自动三维建模过程完成。

具体的，可以根据三维曲线的形状，确定与所述关键点在同一个横截面上的其他点，以及，根据三维曲线的形状，将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。

相较于已有的三维建模方法，本实施例给出的建模过程完全自动，不需要任何的人工干预，建模效率高，并且数据的准确度高。

本实施例通过确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变化矩阵，根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点，应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置，以及将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型，提高了三维建模过程的建模效率及模型数据的准确性。

第二实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述道路的三维建模方法中形状及矩阵确定操作的一种技术方案。在该技术方案中，确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵包括：根据二维地图数据加街景高程，确定道路的三维曲线形状；确定所述道路上的关键点，其中，所述关键点位于所述三维曲线上；根据所述关键点在二维图像上的原始位置，以及在三维空间中的目标位置，确定所述三维变换矩阵。

参见图3，确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵包括：

S31，根据二维地图加街景高程，确定道路的三维曲线形状。

如上第一实施例所述，可以通过从二维地图软件中获取的道路的二维形状，在加上由街景软件中获取的道路的高度，结合确定所述道路的三维曲线形状。

S32，确定所述道路上的关键点，其中，所述关键点位于所述三维曲线上。

与本发明第一实施例相同，所述关键点是位于所述道路的中心线上、左侧边界线上，或者右侧边界线上的点。而且，一旦确定关键点位于中心线、左侧边界线或者右侧边界线中的一个上，则其他关键点所位于的线条不能在另行选取。比如，已经选取了一个关键点位于所述道路的中心线上，则不能再选取所述道路的左侧边界线或者右侧边界线上的点作为所述关键点。

S33，根据所述关键点在二维图像上的原始位置，以及在三维空间中的目标位置，确定所述三维变换矩阵。

假设需要确定三维变换矩阵的关键点在所述三维曲线上的相邻点的三维变换矩阵已经确定，则上述S33操作具体包括：获取所述关键点在所述三维曲线上的相邻点的三维变换矩阵；根据所述相邻点与所述关键点之间的相对位置关系，确定所述关键点的三维变换矩阵。

图4示出了上述具体操作的原理。参见图4，可以看出，将所述相邻点42沿所述三维曲线41平移，可以得到需要确定三维变换矩阵的关键点43。因此，将所述相邻点42的三维变换矩阵乘以所述平移操作对应的三维变换矩阵，就能够得到所述关键点43的三维变换矩阵。

本实施例通过根据二维地图加街景高程，确定道路的三维曲线形状，确定所述道路上的关键点，根据所述关键点在二维图像上的原始位置，以及在三维空间中的目标位置，确定所述三维变换矩阵，实现了三维曲线的形状及其上的关键点的三维变换矩阵的确定。

第三实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述道路的三维建模方法中同截面点选取操作的一种技术方案。在该技术方案中，根据预置的横截面形状，确定与所述关键点在同一个横截面上的其他点包括：确定所述横截面形状上各个顶点的位置；通过连接相邻的各个顶点，确定所述横截面上除所述顶点以外的其他点的位置。

参见图5，根据预置的横截面形状，确定与所述关键点在同一个横截面上的其他点包括：

S51，确定所述横截面形状上各个顶点的位置。

在本实施例中，采用多边形来近似表示所述道路的横截面。多边形具有多个顶点。所述顶点是所述多边形的外轮廓线的走向改变的点。要确定所述多边形的形状，首先需要确定所述多边形的各个顶点的位置。

具体的，此处所讲的确定所述顶点的位置，是指确定所述顶点在所述横截面平面上的二维空间位置。

需要说明的是，在选取所述横截面形状的各个顶点时，必须将所述关键点作为所述横截面形状上的一个顶点，将其选取出来。

S52，通过连接相邻的各个顶点，确定所述横截面上除所述顶点以外的其他点的位置。

具体的，采用直线线段连接相邻的各个顶点，即可确定与所述关键点在同一个横截面上的其他点。

本实施例通过确定所述横截面形状上各个顶点的位置，以及通过连接相邻的各个顶点，确定所述横截面上除所述顶点以外的其他点的位置，实现了对与所述关键点在同一个横截面上的其他点的确定。

第四实施例

本实施例以本发明上述实施例为基础，进一步的提供了所述道路的三维建模方法的另一种技术方案。在该技术方案中，所述道路的三维建模方法还包括：在形成道路的三维模型之后，通过存储所有关键点的三维空间位置，以及横截面的形状，存储所述三维模型。

参见图6，所述道路的三维建模方法包括：

S61，确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵。

S62，根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点。

S63，应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置。

S64，将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。

S65，通过存储所有关键点的三维空间位置，以及横截面的形状，存储所述三维模型。

在本实施例中将所述三维模型分为三维曲线及横截面形状两部分进行存储，所述三维曲线的存储数据体现为所述三维曲线上的点的序列。并且，使用所述点的三维坐标来表示所述三维曲线上的点。所述横截面形状由所述横截面的边界点的序列进行存储。并且所述边界点采用所述边界点的二维坐标来表示。

本实施例通过在形成道路的三维模型之后，通过存储所有关键点的三维空间位置，以及横截面的形状存储所述三维模型，实现了对道路的三维模型的存储。

第五实施例

本实施例提供了道路的三维建模装置的一种技术方案。在该技术方案中，所述道路的三维建模装置包括：形状及矩阵确定模块71、同截面点选取模块72、三维位置确定模块73及模型形成模块74。

所述形状及矩阵确定模块71用于确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵。

所述同截面点选取模块72用于根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点。

所述三维位置确定模块73用于应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置。

所述模型形成模块74用于将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。

可选的，所述三维曲线是所述道路的左侧边界线、右侧边界线或者中心线；所述关键点是所述道路的左侧边界线上的点、右侧边界线上的点，或者中心线上的点。

可选的，所述形状及矩阵确定模块71包括：形状确定单元、关键点确定单元及矩阵确定单元。

所述形状确定单元用于根据二维地图数据加街景高程，确定道路的三维曲线形状。

所述关键点确定单元用于确定所述道路上的关键点，其中，所述关键点位于所述三维曲线上。

所述矩阵确定单元用于根据所述关键点在二维图像上的原始位置，以及在三维空间中的目标位置，确定所述三维变换矩阵。

可选的，所述矩阵确定单元具体用于：获取所述关键点在所述三维曲线上的相邻点的三维变换矩阵；根据所述相邻点与所述关键点之间的相对位置关系，确定所述关键点的三维变换矩阵。

可选的，所述同截面点选取模块72包括：顶点位置确定单元及其他点位置确定单元。

所述顶点位置确定单元用于确定所述横截面形状上各个顶点的位置。

所述其他点位置确定单元用于通过连接相邻的各个顶点，确定所述横截面上除所述顶点以外的其他点的位置。

可选的，所述道路的三维建模装置还包括：模型存储模块75。

所述模型存储模块75用于在形成道路的三维模型之后，通过存储所有关键点的三维空间位置，以及横截面的形状，存储所述三维模型。

本领域普通技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间的相同或相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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)

1.一种道路的三维建模方法，其特征在于，包括：

确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵；其中，所述三维曲线是所述道路的左侧边界线、右侧边界线或者中心线；所述关键点是所述道路的左侧边界线上的点、右侧边界线上的点，或者中心线上的点；

根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点；其中，所述其他点为横截面的边界上除所述关键点外的点；

应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置；

将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型，其中，所述横截面上的点包括该横截面上的关键点和其他点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵包括：

根据二维地图数据加街景高程，确定道路的三维曲线形状；

确定所述道路上的关键点，其中，所述关键点位于所述三维曲线上；

根据所述关键点在二维图像上的原始位置，以及在三维空间中的目标位置，确定所述三维变换矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述关键点在二维图像上的原始位置，以及在三维空间中的目标位置，确定所述三维变换矩阵包括：

获取所述关键点在所述三维曲线上的相邻点的三维变换矩阵；

根据所述相邻点与所述关键点之间的相对位置关系，确定所述关键点的三维变换矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预置的横截面形状，确定与所述关键点在同一个横截面上的其他点包括：

确定所述横截面形状上各个顶点的位置；

通过连接相邻的各个顶点，确定所述横截面上除所述顶点以外的其他点的位置。

5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，还包括：

在形成道路的三维模型之后，通过存储所有关键点的三维空间位置，以及横截面的形状，存储所述三维模型。

6.一种道路的三维建模装置，其特征在于，包括：

形状及矩阵确定模块，用于确定道路的三维曲线形状，以及所述三维曲线上关键点的三维变换矩阵；其中，所述三维曲线是所述道路的左侧边界线、右侧边界线或者中心线；所述关键点是所述道路的左侧边界线上的点、右侧边界线上的点，或者中心线上的点；

同截面点选取模块，用于根据预置的横截面形状，选取与所述关键点在同一个横截面上的其他点；

三维位置确定模块，用于应用所述关键点的三维变换矩阵，确定所述其他点的三维空间位置；

模型形成模块，用于将不同横截面上的点相互连接，形成道路的三维模型。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述形状及矩阵确定模块包括：

形状确定单元，用于根据二维地图数据加街景高程，确定道路的三维曲线形状；

关键点确定单元，用于确定所述道路上的关键点，其中，所述关键点位于所述三维曲线上；

矩阵确定单元，用于根据所述关键点在二维图像上的原始位置，以及在三维空间中的目标位置，确定所述三维变换矩阵。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述矩阵确定单元具体用于：

获取所述关键点在所述三维曲线上的相邻点的三维变换矩阵；

根据所述相邻点与所述关键点之间的相对位置关系，确定所述关键点的三维变换矩阵。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述同截面点选取模块包括：

顶点位置确定单元，用于确定所述横截面形状上各个顶点的位置；

其他点位置确定单元，用于通过连接相邻的各个顶点，确定所述横截面上除所述顶点以外的其他点的位置。

10.根据权利要求6至9任一所述的装置，其特征在于，还包括：

模型存储模块，用于在形成道路的三维模型之后，通过存储所有关键点的三维空间位置，以及横截面的形状，存储所述三维模型。