CN106127855B - 一种海量路网实时精细化三维模型的渲染方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海量路网实时精细化三维模型的渲染方法，包括以下步骤：S1、构建路网三维子模型数据库、模型属性数据库、三维地形模型数据库及三维地形分页数据库；S2、通过对路网三维子模型的铺设长度、空间坐标及空间姿态进行计算，得到子模型精确三维预设信息；S3、将根据子模型精确三维预设信息和每段路网模型属性特征值使三维子节点模型沿着路网矢量线路在三维地形模型中进行预设；S4、对路网三维子模型的三维空间姿态进行调整；S5、对经调整后的路网三维子模型进行实时黏结，得到海量路网三维模型；S6、对海量路网三维模型进行优化和渲染。本发明可以辅助专业建模和大规模场景设计人员快速构建海量路网三维模型。

Description

一种海量路网实时精细化三维模型的渲染方法
技术领域
本发明涉及三维可视化仿真技术领域，具体涉及一种海量路网实时精细化三维模型的渲染方法。
背景技术
随着大数据技术的普及应用，数字地球以及平面大规模海量地形三维可视化成为大数据应用的基础组件之一。而伴随虚拟现实技术硬件技术的发展，对三维大规模地形的显示精度要求越来越高，包括植被，建筑群和路网等。
伴随大数据可视化技术在交通设计、道路规划等领域的深入应用，对铁路、公路和交通实体进行精细化三维建模已成为新的技术发展趋势，目前也出现了如虚拟三维城市道路，虚拟铁路，虚拟高速公路等较为真实的三维建模技术。然而，目前对于公路、铁路以及水运等路网的三维模型的构建方式主要依赖专业建模人员依据各种三维建模软件以手动方式构建，需要耗费巨大的人力物力，而基于矢量简化信息的大规模路网显示无法做到三维模型精细化显示。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种海量路网实时精细化三维建模与渲染方法，可以很好地解决现有三维模型构建采用手动方式耗时耗力，且无法做到精细化显示的问题。
为达到上述要求，本发明提供一种海量路网实时精细化三维模型的渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建路网三维子模型数据库、模型属性数据库、三维地形模型数据库及三维地形分页数据库；
S2、通过对路网三维子模型的铺设长度、空间坐标及空间姿态进行计算，得到子模型精确三维预设信息；
S3、将海量重复的三维子节点模型从路网三维子模型数据库中调出，并根据子模型精确三维预设信息和每段路网模型属性特征值使三维子节点模型沿着路网矢量线路在三维地形模型中进行预设；
S4、对路网三维子模型的三维空间姿态进行调整；
S5、对经调整后的路网三维子模型进行实时黏结，得到海量路网三维模型；
S6、对海量路网三维模型进行渲染优化。
该方法具有的优点如下：
(1)对铁路、公路、河流等三维路网形状进行抽象提炼，可知构建海量路网三维模型在几何特征上具有共性，因而在构建大规模的路网三维模型的过程中，可以通过事先构建路网子模型数据库，再结合相应路段三维地形数据以及线路矢量数据，来迅速布设路网子模型，进一步对子模型的三维姿态进行调整与拼接，辅助专业建模和大规模场景设计人员快速构建海量路网三维模型；
(2)运用曲面细分技术优化所构建的三维路网模型，提高构建海量路网精细化三维模型的速度并降低三维建模成本，从而达到对大量重复性三维建模工作简化并快速渲染的目的；
(3)借助三维渲染引擎对模型进行渲染表现，从而给城市设计规划、交通运输管理等应用场景提供精细化三维路网信息可视化。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的流程示意图；
图2为本申请路网线路平面与纵断面分类示意图；
图3为本申请路网三维子模型三维姿态调整示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
本申请提供一种海量路网实时精细化三维模型的渲染方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、构建路网三维子模型数据库、模型属性数据库、三维地形模型数据库及三维地形分页数据库；该步骤具体为：
根据实际路网线路类型构建相应的路网三维子模型数据库，包括铁路路网三维模型数据库、公路路网三维模型数据库及水运路网三维模型数据库；
并针对每个所述路网三维子模型数据库构建相应的模型属性数据库；构建包括地形高程数据、路网线路矢量数据及相应区域卫星影像数据的三维地形模型数据库，还原真实路网线路信息以及三维环境信息，即路网三维子模型相应高程、背景纹理贴图等信息；根据所述地形高程数据和相应区域卫星影像数据，借助相应GIS工具以切片分割方式构建基于LOD模型的三维地形分页数据库。
各个数据库的详细介绍如下：
铁路路网三维模型数据库包括桥梁、隧道、路基、轨道板结构、接触网、接触网支柱、道岔、钢轨、扣件、轨枕、道床板、桥梁、桥墩、车站、站台、信号机等三维模型；
公路路网三维模型数据库包括立交桥、单幅路、双幅路、三幅路、四幅路三维模型、路标、路灯、护栏、街道建筑等辅助建筑、景观植被等三维模型；
水运路网三维模型数据包括灯塔、河道、水流、船只、植被等三维模型；
模型属性数据库主要包括模型类型数据、地理位置信息及模型高程数据；
三维地形分页数据库主要由地形高程数据以及卫星影像数据运用金字塔模型对海量地形数据按照从低层次到高层次的顺序进行切片分块，构建出三维地形分页(LOD)数据库，便于后期三维可视化引擎渲染；
路网线路矢量数据库主要包括三维地形中路网线路的矢量信息，即对整体路网线路在空间中信息描述的数据库。
S2、通过对路网三维子模型的铺设长度、空间坐标及空间姿态进行计算，得到子模型精确三维预设信息。
该步骤具体为：
计算空间姿态，如图2所示，将线路平面路网类型抽象为直线段、圆曲线段和缓和曲线段，根据路网线路矢量数据计算相应路段曲率半径从而判断路网线路的路网类型，确定路网三维子模型在线路平面内的二维姿态；对路网三维子模型在线路平面内二维姿态进行计算，确定模型铺设起始点以及线路中线初始铺设方向，对路网线路进行光滑化处理后，调整初步确定空间位置的子模型在线路平面中摆放姿态。
下述为三种类型的路网线路子模型在二维线路平面内位置坐标计算方法：
缓和曲线段
缓和曲线上点p的坐标计算公式如下所示。其中l为p点距离直缓点的里程值，l0为缓和曲线长。
圆曲线段
圆曲线上点p的坐标计算公式如下所示。其中R为圆曲线的半径，β0缓和曲线的切线角，m为切垂距，p为圆曲线内移距。
直线段
直线段的点位采用坐标正算进行计算。x′和y′为缓直点的坐标，A为缓直点的方位角。
x＝x'+lsinA
y＝y'+lcosA (3)
如图2所示，对线路纵断面坡段长度、坡度值进行计算，确定路网三维子模型在线路纵断面的二维姿态；
计算铺设长度和空间坐标，在三维地形模型中导入路网线路矢量数据，通过模型地理位置信息计算获得路网三维子模型铺设总长度、线路状况及相应路网三维子模型模型的铺设高程值。
S3、将海量重复的三维子节点模型从路网三维子模型数据库中调出，并根据所述子模型精确三维预设信息和每段路网模型属性特征值使三维子节点模型沿着路网矢量线路在三维地形模型中进行预设；
S4、对路网三维子模型的三维空间姿态进行调整，图3中的(a)(b)(c)分别表示了铁路路网子模型、公路路网子模型、水运路网子模型的三维姿态调整示意图，主要对模型沿着空间直角坐标系XYZ三个轴线的旋转角进行如下控制：
路网三维子模型坡度角控制调整，由坡度角进一步确定路网三维子模型在线路纵断面姿态，调整路网三维子模型在线路中的坡度；即坡度角调整用于控制路网三维子模型绕Y轴方向的姿态，即表现线路纵断面的坡度信息；
路网三维子模型侧方位角调整，调整侧方位角控制路网三维子模型在线路平面内的二维姿态，计算得出路网三维子模型圆曲线段部分的超高；即主要用于控制模型绕X轴方向的姿态，用于表现路网子模型曲线部分的超高状况；
路网三维子模型方位角控制调整，控制路网三维子模型在线路平面的方向角，确定路网三维子模型在线路平面中的铺设摆放方向；即主要用于控制模型绕Z轴方向的姿态，用于表现路网线路的走向状况。
S5、对经调整后的路网三维子模型进行实时黏结，得到海量路网三维模型；
S6、对所述海量路网三维模型进行渲染优化。
该步骤具体为：运用曲面细分建模技术通过着色器编程对所述海量路网三维模型进行快速顶点插值生成，使得所构建海量路网三维模型更为精细，得到得到海量路网精细化三维模型；通过三维渲染引擎对海量路网精细化三维模型中需要渲染的场景模型进行视景剪裁渲染，最终实现对所建海量路网三维模型的快速显示。

Claims (4)

1.一种海量路网实时精细化三维模型的渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建路网三维子模型数据库、模型属性数据库、三维地形模型数据库及三维地形分页数据库；
S2、通过对路网三维子模型的铺设长度、空间坐标及空间姿态进行计算，得到子模型精确三维预设信息；
S3、将海量重复的三维子节点模型从路网三维子模型数据库中调出，并根据所述子模型精确三维预设信息和每段路网模型属性特征值使三维子节点模型沿着路网矢量线路在三维地形模型中进行预设；
S4、对路网三维子模型的三维空间姿态进行调整；
S5、对经调整后的路网三维子模型进行实时黏结，得到海量路网三维模型；
S6、对所述海量路网三维模型进行优化和渲染；
所述步骤S1具体为：
根据实际路网线路类型构建相应的路网三维子模型数据库，并针对每个所述路网三维子模型数据库构建相应的模型属性数据库；构建包括地形高程数据、路网线路矢量数据及相应区域卫星影像数据的三维地形模型数据库；根据所述地形高程数据和相应区域卫星影像数据，借助相应GIS工具以切片分割方式构建三维地形分页数据库；
所述步骤S1中，
所述路网三维子模型数据库包括铁路路网三维模型数据库、公路路网三维模型数据库及水运路网三维模型数据库；
所述模型属性数据库包括模型类型数据、地理位置信息及模型高程数据。
2.根据权利要求1所述的海量路网实时精细化三维模型的渲染方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
计算空间姿态，将路网类型抽象为直线段、圆曲线段和缓和曲线段，根据路网线路矢量数据计算相应路段曲率半径从而判断路网线路的路网类型，确定路网三维子模型在线路平面内的二维姿态；对线路纵断面坡段长度、坡度值进行计算，确定路网三维子模型在线路纵断面的二维姿态；
计算铺设长度和空间坐标，在三维地形模型中导入路网线路矢量数据，通过模型地理位置信息计算获得路网三维子模型铺设总长度、线路状况及相应路网三维子模型模型的铺设高程值。
3.根据权利要求1所述的海量路网实时精细化三维模型的渲染方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
路网三维子模型坡度角控制调整，由坡度角进一步确定路网三维子模型在线路纵断面的姿态，调整路网三维子模型在线路中的坡度；
路网三维子模型侧方位角调整，调整侧方位角控制路网三维子模型在线路平面内的二维姿态，计算得出路网三维子模型圆曲线段部分的超高；
路网三维子模型方位角控制调整，控制路网三维子模型在线路平面的方向角，确定路网三维子模型在线路平面中的铺设摆放方向。
4.根据权利要求1所述的海量路网实时精细化三维模型的渲染方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：运用曲面细分建模技术通过着色器编程对海量路网三维模型进行快速顶点插值生成，得到海量路网精细化三维模型，通过三维渲染引擎对海量路网精细化三维模型中需要渲染的场景模型进行视景剪裁渲染。
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Pledgor: SICHUAN HUAKONG GRAPH TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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