CN107679150B - 海量三维数据快速调度方法 - Google Patents

海量三维数据快速调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海量三维数据快速调度方法，包括：步骤一、将三维模型存储在外存中，根据比例尺的大小将三维模型划分成多个细节层次，精细程度随比例尺数值增大而减小；步骤二、根据视点位置和方向判断需要载入的三维场景，加载数值不低于当前的比例尺的所有细节层次的视口范围内的三维模型至内存，生成所述三维场景，同时从所述内存中卸载所述三维场景以外的所有三维模型。本发明能够分块存储、快速调度并动态载入三维场景，使内存中的数据保持在一定数量之内，实现实时交互渲染。

Description

海量三维数据快速调度方法
技术领域
本发明涉及三维模型可视化技术领域。更具体地说，本发明涉及一种海量三维数据快速调度方法。
背景技术
海量三维数据的交互可视化和三维模型的浏览，是大数据耕地保护平台的基础技术，是实现大数据耕地保护平台其他功能的基础。由于大场景三维模型数据量巨大，无法一次性将所有的数据调入计算机主存储并进行三维显示，通常需要采用基于外存的方法实现实时载入，如何有效的调度海量数据是其中的关键问题。现有技术中，会通过多次载入模型特征，选择性逐层逐级动态载入，但存在的问题是，显示时需要在大量数据中查询，重复加载和卸载所有屏幕内的数据，增加计算机的负担。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种海量三维数据快速调度方法，其能够分块存储、快速调度并动态载入三维场景，使内存中的数据保持在一定数量之内，实现实时交互渲染。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种海量三维数据快速调度方法，包括：
步骤一、将三维模型存储在外存中，根据比例尺的大小将三维模型划分成多个细节层次，精细程度随比例尺数值增大而减小；
步骤二、根据视点位置和方向判断需要载入的三维场景，加载数值不低于当前的比例尺的所有细节层次的视口范围内的三维模型至内存，生成所述三维场景，同时从所述内存中卸载所述三维场景以外的所有三维模型。
优选的是，所述的海量三维数据快速调度方法，三维模型的存储内容包括DEM数据库、DOM数据库、模型数据库以及属性数据库。
优选的是，所述的海量三维数据快速调度方法，步骤一中，选择其中一部分三维模型的点数据为特征点数据，建立特征点数据与其余点数据的映射关系，步骤二中，缓存所述三维场景的特征点数据至内存，变化至新的三维场景时，仍不卸载此前缓存三维场景的特征点数据。
优选的是，所述的海量三维数据快速调度方法，特征点数据为比例尺的数值为预设的最大值时相应的细节层次的点数据。
优选的是，所述的海量三维数据快速调度方法，三维模型的点数据通过分块压缩后再存储在外存。
优选的是，所述的海量三维数据快速调度方法，三维模型的点数据根据细节层次或位置网格分块。
优选的是，所述的海量三维数据快速调度方法，多个细节层次包括三个细节层次，第一细节层次、第二细节层次、第三细节层次的视点距离依次增大、精细程度依次减小。
优选的是，所述的海量三维数据快速调度方法，所述三维场景中，不同细节层次的三维模型相交时，调整相交处构成顶点平滑过渡。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、本发明将三维模型分块存储在外存，根据视点位置、视点方向确定需要呈现的三维场景，根据视口大小确定载入的三维模型的点数据，动态载入三维模型的点数据至内存并生成三维场景，同时卸载视口大小以外的三维点模型数据分块，使内存中的数据保持在一定数量之内，实现实时交互渲染；
第二、将三维模型根据存储内容划分为包括几何信息的DEM数据库和DOM数据库、包括模型信息的模型数据库以及包括属性信息的属性数据库，分类存储便于快速调度细节和模型；建立特征点数据与其余点数据的映射关系，便于再次生成相同的三维场景时，只需要读取缓存的特征点数据，并通过映射关系链接存储在外存中的相应点数据，减少再次查询再次逐步生成的过程，同时减轻计算机的负担；比例尺数值最大的点数据为视点距离最远时的细节层次，即代表轮廓和边缘的点数据，便于视口大小确定的情况下链接更为精细的点数据；
第三、以一定的标准进行分块后压缩再存储便于根据查询结果调度不同的点数据；分块的标准不局限于由视点距离决定的细节层次、由空间几何位置决定的位置网格、由数据类型决定的数据属性等；多个细节层次的划分标准可以根据比例尺的缩放程度，即视口大小(视点距离)，当划分为三个细节层次时，便于数据的分块、以及逐层调度、快速显示；当不同细节层次的三维模型相交且具有明显的分裂线形成渐变时，对接缝处的顶点进行调整，使两个细节层次平滑过渡。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的三维模型的存储示意图。
具体实施方式
下面结合细节对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
由于大场景三维模型数据量巨大，无法一次性将所有的数据调入计算机内存并进行三维显示，故本技术方案提供一种海量三维数据快速调度方法，能够快速调度模型以及细节至内存并显示，具体包括：
步骤一、将三维模型存储在外存中，外存不局限于计算机硬盘、光盘、移动硬盘等形式，根据比例尺的大小将三维模型划分成多个细节层次，用户通过操作比例尺的缩放程度来调整视点距离，比例尺数值越大，缩小程度越大(放大程度越小)，视点距离越远，细节层次的精细程度越小，即细节层次精细程度随比例尺数值增大而减小；
步骤二、根据视点位置(用户站位、摄像机位置)和方向(用户视线方向、摄像机朝向)判断需要载入的三维场景，即该站位所获取的所有场景，视口范围即计算机屏幕边框范围，通过调节比例尺确定计算机屏幕边框范围，即确定视口大小，加载数值不低于当前的比例尺的所有细节层次的视口范围内的三维模型至内存，也就是精细程度不高于当前程度的所有细节层次，生成所述三维场景，同时从所述内存中卸载所述三维场景以外的所有三维模型，例如，计算机屏幕边框范围外的三维模型，计算机屏幕边框范围内但精细程度高于当前程度的所有细节层次的三维模型，确保读到显示在计算机屏幕边框范围内的点数据是最少的，减轻计算机的负担。
在上述技术方案中，将三维模型分块存储在外存，根据视点位置、视点方向确定需要呈现的三维场景，根据视口大小确定载入的三维模型的点数据，鼠标缩放改变比例尺，同时改变载入的细节层次、视口大小、计算机屏幕边框范围，看到的即加载，类似地图的操作，动态载入三维模型的点数据至内存，根据特征层析逐层解析，将存储的点数据转化并绘制成模型，由点到面、再进行颜色、材质等特征化体现，具体为：通过遍历点模型，计算第一个细节层次的点，生成第一个细节层次的点的三角形，集合形成该细节层次的三维模型，采用细分曲面模型进行细节层析渲染，逐层计算逐层显示，并生成三维场景，这里的动态载入，不仅仅是指将外存中的数据调入内存，而且包括将不需要的数据从内存卸载，故加载的同时卸载视口大小以外的三维点模型数据分块，使内存中的数据保持在一定数量之内，实现实时交互渲染。
用户在操作时，通过输入设备发出指令，例如调节比例尺、调整视点位置和方向，图形显示终端(例如计算机或手机)则实时对指令进行响应，根据用户的要求改变三维模型的显示状态，从而实现三维模型的缩放、旋转、平移等操作，并可以进行大规模场景的实时漫游，用户的操作体验是十分友好的。
在另一种技术方案中，如图1所示，三维模型的存储内容包括DEM数据库、DOM数据库、模型数据库以及属性数据库。将三维模型根据存储内容划分为包括几何信息的DEM数据库和DOM数据库、包括模型信息的模型数据库以及包括属性信息的属性数据库，分类存储便于快速调度细节和模型。属性信息包括位置、层数、管理者、供水电等，几何信息包括数据高度信息、数据平面信息、纯粹的模型信息(圆柱形、圆台形、球面等)。
在另一种技术方案中，步骤一中，选择其中一部分三维模型的点数据为特征点数据，建立特征点数据与其余点数据的映射关系，即类似于一对多的链接关系，查询到特征点数据，即链接至完整的其余点数据，步骤二中，缓存当前的所述三维场景的特征点数据至内存，即，不是所有的点数据均进行缓存，而是选择部分具有代表现的特征点数据，大大减少了内存的占用空间，用户通过操作变化至新的三维场景时，仍不卸载此前缓存的三维场景的特征点数据，这样在再次生成相同的三维场景时，或生成的三维场景有部分重合时，只需要读取缓存的特征点数据，并通过映射关系链接存储在外存中的相应点数据，便可快速查询点数据并生成三维场景，减少再次在整个外存中查询再次由点到面到空间再渲染的逐步生成的过程，快速显示的同时大大减轻计算机的负担。
在另一种技术方案中，特征点数据为比例尺的数值为预设的最大值时相应的细节层次的点数据。各图形显示终端的比例尺的缩放程度设置均有所不同，但相同的是，比例尺数值最大的点数据为视点距离最远时的细节层次，即代表轮廓和边缘的点数据，将特征点数据定义为该细节层次的点数据，便于视口大小确定的情况下链接更为精细的点数据。
在另一种技术方案中，三维模型的点数据以一定的标准通过分块压缩后再存储在外存，便于根据查询结果调度不同的点数据。分块的标准不局限于由视点距离决定的细节层次、由空间几何位置决定的位置网格、由数据类型决定的数据属性等。
在另一种技术方案中，三维模型的点数据根据细节层次或位置网格分块。细节层次分块便于特征点数据对完整点数据进行超链接，位置网格分块便于基于位置信息进行分节段式划分。
在另一种技术方案中，多个细节层次包括三个细节层次，第一细节层次、第二细节层次、第三细节层次的视点距离依次增大、精细程度依次减小，例如，第三细节层次为边缘部分特征，类似楼房的顶角、轮廓等，第二细节层次为主要部分特征，类似楼房的门窗、阳台等，第一细节层次为细节部分特征，类似楼房的门把手、窗花、阳台上的绿植等，随着比例尺的调整，比例尺越大，视点距离越远，细节层次的精细程度越小。
在另一种技术方案中，所述三维场景中，不同细节层次的三维模型相交时，调整相交处构成顶点平滑过渡。当不同细节层次的三维模型相交且具有明显的分裂线形成渐变时，即相邻的三角形片面有不同的细节层次，对接缝处的顶点进行调整，通过调整较高细节层次三角形顶点关系来消除裂缝，使两个细节层次平滑过渡。这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种海量三维数据快速调度方法，其特征在于，包括：
步骤一、将三维模型存储在外存中，根据比例尺的大小将三维模型划分成多个细节层次，精细程度随比例尺数值增大而减小，具体为：选择其中一部分三维模型的点数据为特征点数据，建立特征点数据与其余点数据的映射关系；
步骤二、根据视点位置和方向判断需要载入的三维场景，加载数值不低于当前的比例尺的所有细节层次的视口范围内的三维模型至内存，生成所述三维场景，同时从所述内存中卸载所述三维场景以外的所有三维模型，具体为：缓存所述三维场景的特征点数据至内存，变化至新的三维场景时，仍不卸载此前缓存三维场景的特征点数据；
在再次生成相同的三维场景时，或生成的三维场景有部分重合时，读取缓存的特征点数据，并通过映射关系链接存储在外存中的相应点数据，便可快速查询点数据并生成三维场景。
2.如权利要求1所述的海量三维数据快速调度方法，其特征在于，三维模型的存储内容包括DEM数据库、DOM数据库、模型数据库以及属性数据库。
3.如权利要求1所述的海量三维数据快速调度方法，其特征在于，特征点数据为比例尺的数值为预设的最大值时相应的细节层次的点数据。
4.如权利要求1所述的海量三维数据快速调度方法，其特征在于，三维模型的点数据通过分块压缩后再存储在外存。
5.如权利要求4所述的海量三维数据快速调度方法，其特征在于，三维模型的点数据根据细节层次或位置网格分块。
6.如权利要求1所述的海量三维数据快速调度方法，其特征在于，多个细节层次包括三个细节层次，第一细节层次、第二细节层次、第三细节层次的视点距离依次增大、精细程度依次减小。
7.如权利要求1所述的海量三维数据快速调度方法，其特征在于，所述三维场景中，不同细节层次的三维模型相交时，调整相交处构成顶点平滑过渡。
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