CN107368612A - 四叉树索引构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种四叉树索引构建方法及装置，所述方法应用于存储有三维城市模型文件的计算设备，所述方法包括：根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，预设范围模型包括多个三维城市模型。计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，渲染等级包括低级、中级、高级及顶级。对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。由此，本方案基于模型权重构建四叉树索引，能够优先索引出重要的三维城市模型，索引速度快，查询效率高。

Description

四叉树索引构建方法及装置

技术领域

本发明涉及三维模型技术领域，具体而言，涉及一种四叉树索引构建方法及装置。

背景技术

随着测绘行业技术的快速发展，三维数字城市模型已从单个小区或者小场景的漫游浏览发展到整个城市的三维应用。然而，随着技术的不断提高，模型精度及模型仿真度的极大进步也带来了一个问题：数据量的剧烈增长。三维数字城市场景中城市建筑模型数量巨大，结构复杂，如何建立数据的空间索引，在大量的城市三维模型数据中快速查询到符合条件的模型数据是需要解决的技术问题。

对于数据的空间索引，常用的空间划分组织索引结构有格网索引、B树、R树、四叉树、八叉树等。格网索引主要用于地形、影像等空间数据的划分，建筑物模型由于自身结构具有的不规则性，采用格网划分方式会在格网边界处产生大量的分割。B树是一维索引，无法处理二维和多维的空间数据。R树是B树在多维空间上的自然扩展，适用于多维空间查询，但由于空间数据分布的偶然性，使得各层节点容易重叠，在实际执行空间查询时，容易产生多个分支查询，降低空间查询的效率，也不太适合随机分布的建筑物模型。由于城市模型多是在地形表面建设，在Z方向上建筑物基本为不可分割的整体，由此，八叉树对于城市模型来说，在Z方向的划分反而会造成索引节点的冗余。四叉树的数据存储结构为层次树状结构，四叉树查询效率较高，目前在三维数字城市方面应用较为广泛。

然而，现有的四叉树构建方法只是基于可视距离进行构建，没有考虑到城市模型的复杂性，由此，有些重要的城市模型无法被优先索引。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种四叉树索引构建方法及装置，其能够优先索引出重要的三维城市模型，索引速度快，查询效率高。

本发明的第一目的在于提供一种四叉树索引构建方法，所述方法应用于存储有三维城市模型文件的计算设备，所述方法包括：

根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型；

计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，所述渲染等级包括低级、中级、高级及顶级；

对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。

本发明的第二目的在于提供一种四叉树索引构建装置，所述装置应用于存储有三维城市模型文件的计算设备，所述装置包括：

计算处理模块，用于根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型；

计算处理模块，还用于计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，所述渲染等级包括低级、中级、高级及顶级；

构建模块，用于对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。

相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种四叉树索引构建方法及装置，所述方法应用于存储有三维城市模型文件的计算设备，所述方法包括：根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型。计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，所述渲染等级包括低级、中级、高级及顶级。对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。由此，本方案基于模型权重构建四叉树索引，考虑了城市模型的复杂性，能够优先索引出重要的三维城市模型，索引速度快，查询效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的计算设备的方框示意图。

图2是本发明第一实施例提供的四叉树索引构建方法的步骤流程图。

图3是本发明第一实施例提供的图2所示的步骤S110的子步骤流程图。

图4是本发明第一实施例提供的图3所示的子步骤S111的子步骤流程图。

图5是本发明第一实施例提供的图2所示的步骤S120的子步骤流程图。

图6是本发明第一实施例提供的图2所示的步骤S130的子步骤流程图。

图7是本发明第一实施例提供的图6所示的子步骤S134的子步骤流程图。

图8是本发明第一实施例提供的图6所示的子步骤S135的子步骤流程图。

图9为本发明第二实施例提供的四叉树索引构建装置的功能模块图。

图标：100-计算设备；110-存储器；120-处理器；130-网络模块；140-显卡模块；200-四叉树索引构建装置；210-计算处理模块；220-构建模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1，图1是本发明较佳实施例提供的计算设备100的方框示意图。所述计算设备100包括存储器110、四叉树索引构建装置200、处理器120、网络模块130。

所述存储器110、处理器120、网络模块130相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通信总线或信号线实现电性连接。存储器110中存储有四叉树索引构建装置200，所述四叉树索引构建装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器110中的软件功能模块，所述处理器120通过运行存储在存储器110内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。

其中，所述存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器110用于存储程序，所述处理器120在接收到执行指令后，执行所述程序。进一步地，上述存储器110内的软件程序以及模块还可包括操作系统，其可包括各种用于管理系统任务(例如内存管理、存储设备控制、电源管理等)的软件组件和/或驱动，并可与各种硬件或软件组件相互通信，从而提供其他软件组件的运行环境。

所述处理器120可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器120可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述网络模块130用于通过网络实现计算设备100与其他外部设备之间的通信连接及数据传输。

所述显卡模块140用于对图形数据进行运算处理，以缓解处理器120的运算压力。其中，所述显卡模块140的核心部件为GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)，用于将计算设备100所需的图形数据信息进行转换驱动，并控制显示器进行显示。

可以理解，图1所述的结构仅为示意，计算设备100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

第一实施例

请参照图2，图2是本发明第一实施例提供的四叉树索引构建方法的步骤流程图。所述方法应用于存储有三维城市模型文件的计算设备100。

在本实施例中，四叉树索引构建的基本思想是：将待构建的模型所处范围进行四等分，得到四个相连接的空间范围，然后再分别对这四个空间范围进行四等分，每个空间又分别得到四个相连接的空间范围，以此类推，直至达到四叉树要求的最大层数，或者当前插入的子节点的外接包围盒小于要求的最小外接包围盒时停止。

下面对四叉树索引构建方法的具体流程进行详细阐述。

步骤S110，根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒。

在本实施例中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型。

请参照图3，图3是本发明第一实施例提供的图2所示的步骤S110的子步骤流程图。所述步骤S110包括子步骤S111及子步骤S112。

子步骤S111，设定预设范围模型，并计算所述预设范围模型对应的包围盒。

请参照图4，图4是本发明第一实施例提供的图3所示的子步骤S111的子步骤流程图。所述子步骤S111包括子步骤S1111、子步骤S1112及子步骤S1113。

子步骤S1111，检测用户是否对预设范围模型进行指定。

若指定，执行子步骤S1112。

子步骤S1112，将用户指定的三维城市模型作为预设范围模型，并计算该预设范围模型对应的包围盒。

若未指定，执行子步骤S1113。

子步骤S1113，将计算设备100包括的全部的三维城市模型作为预设范围模型并计算该预设范围模型对应的包围盒。

在本实施例中，用户可根据需求对预设范围模型包括的模型内容进行制定。若用户未指定，计算设备100可对预设范围模型进行默认设定。例如，计算设备100预先存储有构建成都市模型的多个三维城市模型文件，若用户未指定，计算设备100可默认将构建成都市模型所包括的全部三维城市模型作为预设范围模型。若用户指定构建的城市模型包括成都市+重庆市的模型，计算设备100可获取构建重庆市模型所包括的全部三维城市模型文件，再将构建成都市+重庆市模型所包括的全部三维城市模型作为预设范围模型。然后，计算该预设范围模型对应的包围盒。

在本实施例中，包围盒是一种求解离散点集最优包围空间的算法，基本思想是用体积稍大且特性简单的几何体(称为包围盒)来近似地代替复杂的几何对象。由于三维城市模型结构复杂，不利于计算，将包围盒近似代替复杂的三维城市模型，可便于计算分析。

子步骤S112，将预设范围模型对应的包围盒作为四叉树根节点。

在本实施例中，通过设置预设范围模型，将预设范围模型对应的包围盒作为四叉树根节点，可规定四叉树的模型索引范围，为后续的索引提供便利。

步骤S120，计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级。

在本实施例中，所述渲染等级可以包括，但不限于：低级、中级、高级及顶级。所述渲染等级可根据实际需求进行设定，可设置比上述更多或者更少的级别。

请参照图5，图5是本发明第一实施例提供的图2所示的步骤S120的子步骤流程图。所述步骤S120包括子步骤S121及子步骤S122。

子步骤S121，计算预设范围模型包括的每个三维城市模型的包围盒。

子步骤S122，根据不同的模型参数对应的权重配比按照预设权重规则计算每个三维城市模型对应的模型权重，并根据模型权重与渲染等级的对应关系确定三维城市模型的渲染等级。

在本实施例中，所述不同的模型参数可以包括，但不限于：模型的地理位置、顶点数量、纹理数量及包围盒体积大小等参数。

在本实施例中，每个模型参数对应的权重配比、预设权重规则以及模型权重与渲染等级均可根据实际需求进行设定。由此，计算设备100可将一些地理位置重要、顶点数量多、纹理复杂、体积较大的重要的城市建筑对应的三维城市模型渲染等级设置为顶级或高级，以便于这些重要的建筑模型可被优先索引。

步骤S130，对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。

请参照图6，图6是本发明第一实施例提供的图2所示的步骤S130的子步骤流程图。所述步骤S130包括子步骤S131、子步骤S132、子步骤S133、子步骤S134、子步骤S135及子步骤S136。

子步骤S131，根据遍历顺序检测基于当前节点进行遍历的下一个模型的渲染等级是否为顶级。

在本实施例中，所述遍历顺序可根据实际需求进行设定，比如，按照模型文件的文件编号依次遍历。其中，在初始遍历时，以根节点作为初始的当前节点。

若为顶级，执行子步骤S132，将该模型加入到根节点中。

在本实施例中，将渲染等级为顶级的模型加入根节点中，可让该渲染等级为顶级的模型在后续的索引中被优先索引到。

若不为顶级，执行子步骤S133，检测该模型的包围盒与当前节点的子节点的包围盒的拓扑关系是否为相交。

在本实施例中，拓扑关系可以包括：相交及包含。拓扑关系为相交表示该模型的包围盒包括的范围与当前节点的子节点的包围盒包括的范围是相交的。拓扑关系为包含表示该模型的包围盒包括的范围在当前节点的子节点的包围盒包括的范围内部。

若拓扑关系为相交，执行子步骤S134，执行与拓扑关系为相交时所对应的节点设置操作。

请参照图7，图7是本发明第一实施例提供的图6所示的子步骤S134的子步骤流程图。所述子步骤S134包括子步骤S1341、子步骤S1342、子步骤S1343及子步骤S1344。

子步骤S1341，检测该模型的渲染等级是否为高级。

若不为高级，执行子步骤S1342，将该模型加入到当前节点中。

若为高级，执行子步骤S1343，检测当前节点是否存在父节点。

若存在父节点，执行子步骤S1344，将该模型加入到当前节点的父节点中。

若不存在父节点，执行子步骤S1342。

请再次参照图6，步骤S130还包括：子步骤S135。

若拓扑关系为包含，执行子步骤S135，执行与拓扑关系为包含时所对应的节点设置操作。

请参照图8，图8是本发明第一实施例提供的图6所示的子步骤S135的子步骤流程图。所述子步骤S135包括子步骤S1351、子步骤S1352及子步骤S1353。

子步骤S1351，检测当前节点的子节点的包围盒是否小于预设规定值，或当前节点的子节点所处四叉树层数是否大于预设层数。

若小于预设规定值或大于预设层数，执行子步骤S1352，将该模型加入到当前节点中。

若不小于预设规定值或不大于预设层数，执行子步骤S1353，将当前节点的子节点设置为当前节点，并重新检测该模型的包围盒与重新设置后的当前节点的子节点的包围盒的拓扑关系。

在本实施例中，所述预设规定值或预设层数均可根据实际需求设定。设置所述预设规定值或预设层数是为了便于跳出步骤的循环，避免出现无限循环的情况。

在本实施例中，所述预设层数可以是根据实际需求建立的四叉树的最大层数。所述预设规定值可以是根据实际需求设定的最小包围盒。

请再次参照图6，步骤S130还包括：子步骤S136。

子步骤S136，检测该模型是否为最后一个模型。

若检测为最后一个模型时，判定基于预设范围模型的四叉树索引构建完成。

若检测不为最后一个模型，则返回子步骤S131，以便于根据遍历顺序对下一个模型进行遍历检测。

第二实施例

请参照图9，图9为本发明第二实施例提供的四叉树索引构建装置200的功能模块图。所述装置应用于存储有三维城市模型文件的计算设备100。所述四叉树索引构建装置200包括：计算处理模块210及构建模块220。

计算处理模块210，用于根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型。

在本实施例中，计算处理模块210用于执行图2中的步骤S110，关于所述计算处理模块210的具体描述可以参照图2中步骤S110的描述。

计算处理模块210，还用于计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，所述渲染等级包括低级、中级、高级及顶级。

在本实施例中，计算处理模块210还用于执行图2中的步骤S120，关于所述计算处理模块210还的具体描述可以参照图2中步骤S120的描述。

构建模块220，用于对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。

在本实施例中，构建模块220用于执行图2中的步骤S130，关于所述构建模块220的具体描述可以参照图2中步骤S130的描述。

综上所述，本发明提供一种四叉树索引构建方法及装置，所述方法应用于存储有三维城市模型文件的计算设备，所述方法包括：根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型。计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，所述渲染等级包括低级、中级、高级及顶级。对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。

由此，本方案基于模型权重构建的四叉树索引，考虑到城市模型的复杂性，能够优先索引出重要的三维城市模型，索引速度快，查询效率高。

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)

1.一种四叉树索引构建方法，其特征在于，所述方法应用于存储有三维城市模型文件的计算设备，所述方法包括：

根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型；

计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，所述渲染等级包括低级、中级、高级及顶级；

对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒的步骤包括：

设定预设范围模型，并计算所述预设范围模型对应的包围盒；

将预设范围模型对应的包围盒作为四叉树根节点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设定预设范围模型，并计算所述预设范围模型对应的包围盒的步骤包括：

检测用户是否对预设范围模型进行指定；

若指定，将用户指定的三维城市模型作为预设范围模型，并计算该预设范围模型对应的包围盒；

若未指定，将计算设备包括的全部的三维城市模型作为预设范围模型并计算该预设范围模型对应的包围盒。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算每个三维城市模型的包围盒，并获得每个三维城市模型的渲染等级的步骤包括：

计算预设范围模型包括的每个三维城市模型的包围盒；

根据不同的模型参数对应的权重配比按照预设权重规则计算每个三维城市模型对应的模型权重，并根据模型权重与渲染等级的对应关系确定三维城市模型的渲染等级，其中，所述不同的模型参数包括模型的地理位置、包围盒、顶点数量、纹理数量及体积大小。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引的步骤包括：

根据遍历顺序检测基于当前节点进行遍历的下一个模型的渲染等级是否为顶级，其中，初始遍历时，以根节点作为初始的当前节点；

若为顶级，将该模型加入到根节点中；

若不为顶级，检测该模型的包围盒与当前节点的子节点的包围盒的拓扑关系；

若拓扑关系为相交，执行与拓扑关系为相交时所对应的节点设置操作；

若拓扑关系为包含，执行与拓扑关系为包含时所对应的节点设置操作；

检测该模型是否为最后一个模型，在检测为最后一个模型时，判定基于预设范围模型的四叉树索引构建完成。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，执行与拓扑关系为相交时所对应的节点设置操作的步骤包括：

检测该模型的渲染等级是否为高级；

若不为高级，将该模型加入到当前节点中；

若为高级，检测当前节点是否存在父节点；

若存在父节点，将该模型加入到当前节点的父节点中；

若不存在父节点，将该模型加入到当前节点中。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，执行与拓扑关系为包含时所对应的节点设置操作的步骤包括：

检测当前节点的子节点的包围盒是否小于预设规定值，或当前节点的子节点所处四叉树层数是大于预设层数；

若小于预设规定值或大于预设层数，将该模型加入到当前节点中；

若不小于预设规定值或不大于预设层数，将当前节点的子节点设置为当前节点，并重新检测该模型的包围盒与重新设置后的当前节点的子节点的包围盒的拓扑关系。

8.一种四叉树索引构建装置，其特征在于，所述装置应用于存储有三维城市模型文件的计算设备，所述装置包括：

计算处理模块，用于根据预设范围模型计算得到作为四叉树根节点的包围盒，其中，所述预设范围模型包括多个三维城市模型；

计算处理模块，还用于计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级，其中，所述渲染等级包括低级、中级、高级及顶级；

构建模块，用于对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算处理模块计算每个三维城市模型的包围盒，根据每个三维城市模型的模型权重得到对应的渲染等级的方式包括：

计算预设范围模型包括的每个三维城市模型的包围盒；

根据不同的模型参数对应的权重配比按照预设权重规则计算每个三维城市模型对应的模型权重，并根据模型权重与渲染等级的对应关系确定三维城市模型的渲染等级，其中，所述不同的模型参数包括模型的地理位置、包围盒、顶点数量、纹理数量及体积大小。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述构建模块对预设范围模型包括的全部三维城市模型进行遍历，根据每个三维城市模型的包围盒及渲染等级构建基于预设范围模型的四叉树索引的方式包括：

根据遍历顺序检测基于当前节点进行遍历的下一个模型的渲染等级是否为顶级，其中，初始遍历时，以根节点作为初始的当前节点；

若为顶级，将该模型加入到根节点中；

若不为顶级，检测该模型的包围盒与当前节点的子节点的包围盒的拓扑关系；

若拓扑关系为相交，执行与拓扑关系为相交时所对应的节点设置操作；

若拓扑关系为包含，执行与拓扑关系为包含时所对应的节点设置操作；

检测该模型是否为最后一个模型，在检测为最后一个模型时，判定基于预设范围模型的四叉树索引构建完成。