CN108550186A - 一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法 - Google Patents

Abstract

一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法，为三维场景的快速、规范化建模提供参考，提出三种约束类型优化城市场景模型，结合双层OBB包围盒技术，生成以模型主体为基础的实边界和建筑规范约束下的虚边界，结合包围盒碰撞检测技术，达到基于建筑规范的城市场景模型布局要求。本发明使三维城市场景的布局能够更加符合实际标准。

Description

一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法

技术领域

本发明涉及一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法，该方法适用于城市场景模型在建筑规范下的布局。

技术背景

随着城市化进程的发展,城市规模逐渐扩大，从而给城市规划、城市管理带来更大的困难。而且城市环境在更多的领域有着广泛的应用,比如军事演习、驾驶仿真与培训、虚拟现实等领域。所以研究城市环境的建模技术具有理论与实用的双重意义与价值。

近年来，由于影视特效、视频游戏、军事仿真和城市规划等应用的快速发展，迫切需求对大规模场景的快速造型。早期场景建模的途径主要是通过3D软件(3DMax、Maya等)对整个场景进行完全造型。这要求开发者熟悉该3D软件的使用,具有丰富的开发经验。而对于不熟悉专业软件的人员,要想设计出一个比较规范和完善的场景，几乎是不可能的事情。因此，如何对场景建模进行智能化的引导，是一项值得研究的课题。

建筑规范作为国家强制标准的出台，为建筑质量的各方面提供了国家强制标准。对于非专业人员在进行三维城市场景造型时，如若未遵守建筑规范，所绘制的城市场景将不符合国家标准，修改场景会带来大量不必要的繁琐操作。因此，如何将建筑规范作为一种约束，有效地智能化引导模型布局，具有非常重大的意义与价值。

发明内容

为了使三维城市场景的布局能够更加符合实际标准，本发明提出了一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法，为三维场景的快速、规范化建模提供参考。设计了一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法，生成以模型主体为基础的实边界和建筑规范约束下的虚边界，结合包围盒碰撞检测技术，达到基于建筑规范的城市场景模型布局要求。

本发明为了解决上述技术问题提供的技术方案为：

一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法，所述方法包括以下步骤：

(1)在城市场景中，建筑之间的退让距离应满足相关要求；

(1.1)低层建筑的退让距离，各边均不得少于3米，公式为：

VB_l-RB_l≥3

其中，VB_l代表低层建筑的虚边界包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒；

(1.2)多层建筑的退让距离，各边均不得少于7.5米，公式为：

VB_m-RB_m≥7.5

其中，VB_m代表多层建筑的虚边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒；

(1.3)高层建筑的退让距离，各边均不得少于12米，公式为：

VB_h-RB_h≥12

其中，VB_h代表高层建筑的虚边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒；

(1.4)特殊建筑的退让距离，各边均不得少于20米，公式为：

VB_s-RB_s≥20

其中，VB_s代表高层建筑的虚边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2)建筑与城市道路的退让距离，是控制城市布局的重要指标，城市道路分为城市主干路、城市次干路和城市支路；

(2.1)城市主干路与低层、多层建筑距离不得小于10米，与高层、特殊建筑距离不得小于15米，公式为：

其中，AR_s代表城市主干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2.2)城市次干路与低层、多层建筑距离不得小于7米，与高层、特殊建筑距离不得小于10米，公式为：

其中，SR_s代表城市次干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2.3)城市支路与低层、多层建筑距离不得小于5米，与高层、特殊建筑距离不得小于10米，公式为：

其中，BR_s代表城市次干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(3)提出三种约束类型优化城市场景，结合双层OBB包围盒技术，生成以模型主体为基础的实边界和建筑规范约束下的虚边界，步骤如下：

(3.1)在三维城市场景中，加入一个建筑模型时，获取该建筑模型的中心点和地基的长宽，生成实边界包围盒，再根据约束条件，生成虚边界包围盒进行碰撞检测；

各个建筑包围盒的集合为N＝{N₁,N₂,......,N_m}，且 当插入一个新模型N_m+1时，与所有N集合内的子做碰撞检测，判断是否满足

(3.2)OBB的相交测试是基于分离轴理论，分离轴理论依据的基本原理是分离超平面定理，给定一条直线L，若两个对象垂直投影在此直线L上的区域没交集，就称此直线为两对象的分离轴；

(3.2.1)待相交测试的任意两种建筑的包围矩形，选一号矩形相邻两条正交边为投影轴S和T轴，且一号矩阵在S轴上投影区间为[s1,s2]，在T轴上投影区间为[t1,t2]；二号矩形在S轴投影区间为[s3,s4]，在T轴上投影为[t3,t4]，判断在坐标系S-T轴上的投影区间是否分别相交；如果不投影区间不相交，则两个矩形包围盒的相交测试为不相交；

(3.2.2)如果投影区间相交，则再选择二号矩形相邻两条正交边为投影轴S和T轴，在S轴上投影区间为[s1,s2]，在T轴上投影区间为[t1,t2]；一号矩形在S轴投影区间为[s3,s4]，在T轴上投影为[t3,t4]，判断在坐标系S-T轴上的投影区间是否分别相交；如果该步骤得出在坐标系S-T轴上的投影区间相交，则两个矩形包围盒的相交测试为相交；如果该步骤得出在坐标系S-T轴上的投影区间不相交，则两个矩形包围盒的相交测试为不相交。

本发明中，根据城市建筑规划指标控制城市要素的布局，提出三种约束类型优化城市场景模型，结合双层OBB包围盒技术，生成以模型主体为基础的实边界和建筑规范约束下的虚边界，根据2016年6月28日住房城乡建设部批准《城市居住区规划设计规范》，建筑退让距离和城市道路、河道的距离，应满足消防、交通安全、防灾、绿化和工程施工等方面的规范以及由市城乡规划主管部门制定的相关规划要求。

本发明的有益效果表现在：

1)本发明提出基于建筑规范的三维城市场景快速建模方法，为三维场景的快速、规范化建模提供参考；

2)本发明为军事演习、驾驶仿真与培训、虚拟现实等领域，提供智能化的引导建模，具有理论与实用的双重意义与价值。

附图说明

图1是基于建筑规范的建筑模型包围盒示意图。

图2是OBB包围盒相交测试示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1和图2，一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法，包括以下步骤：

(1.在城市场景中，建筑之间的退让距离，也应满足相关要求。本发明中，涉及到四种类型的建筑；

(1.1)低层建筑(Low-rise Building，指高度小于、等于10米的建筑)退让距离，各边均不得少于3米，公式为：

VB_l-RB_l≥3

其中，VB_l代表低层建筑的虚边界包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒；

(1.2)多层建筑(Mid-rise Building，指高度大于10米，小于、等于24米的建筑)退让距离，各边均不得少于7.5米，公式为：

VB_m-RB_m≥7.5

其中，VB_m代表多层建筑的虚边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒；

(1.3)高层建筑(High-rise Building，指高度大于24米的建筑。)退让距离，各边均不得少于12米，公式为：

VB_h-RB_h≥12

其中，VB_h代表高层建筑的虚边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒；

(1.4)特殊建筑(Special Building，指影剧院、游乐场、大型商场等)退让距离，各边均不得少于20米，公式为：

VB_s-RB_s≥20

其中，VB_s代表高层建筑的虚边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2)建筑与城市道路的退让距离，是控制城市布局的重要指标。城市道路分为城市主干路(Arterial Road，城市道路网中起骨架作用的道路)、城市次干路(Secondary trunkRoad，城市道路网中的区域性干路，与主干路相连接)和城市支路(Branch Road，城市道路网中干路以外联系次干路或供区域内部使用的道路)，是组成城市道路网的关键要素，构成完整的城市道路系统。

(2.1)城市主干路与低层、多层建筑距离不得小于10米，与高层、特殊建筑距离不得小于15米，公式为：

其中，AR_s代表城市主干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2.2)城市次干路与低层、多层建筑距离不得小于7米，与高层、特殊建筑距离不得小于10米，公式为：

其中，SR_s代表城市次干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2.3)城市支路与低层、多层建筑距离不得小于5米，与高层、特殊建筑距离不得小于10米，公式为：

其中，BR_s代表城市次干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(3)提出三种约束类型优化城市场景，结合双层OBB包围盒技术，生成以模型主体为基础的实边界和建筑规范约束下的虚边界，步骤如下：

(3.1)包围体是一个简单的几何空间，里面包含着复杂形状的物体。为物体添加包围体的目的是快速的进行碰撞检测或者进行精确的碰撞检测之前进行过滤(即当包围体碰撞，才进行精确碰撞检测和处理)。本发明使用的是方向包围盒(Oriented bounding box)，简称OBB。方向包围盒具有方向性、可以旋转。在三维城市场景中，加入一个建筑模型时，获取该建筑模型的中心点和地基的长宽，生成实边界包围盒，再根据相应的约束条件，生成虚边界包围盒进行碰撞检测。算法简述：各个建筑包围盒的集合为N＝{N₁,N₂,......,N_m}，且当插入一个新模型N_m+1时，与所有N集合内的子做碰撞检测，判断是否满足

(3.2)OBB的相交测试是基于分离轴理论，分离轴理论依据的基本原理是：分离超平面定理。给定一条直线L，若两个对象垂直投影在此直线L上的区域没交集，就称此直线为两对象的分离轴。

(3.2.1)待相交测试的任意两种建筑的包围矩形，选一号矩形相邻两条正交边为投影轴S和T轴，且一号矩阵在S轴上投影区间为[s1,s2]，在T轴上投影区间为[t1,t2]；二号矩形在S轴投影区间为[s3,s4]，在T轴上投影为[t3,t4]，判断在坐标系S-T轴上的投影区间是否分别相交；如果不投影区间不相交，则两个矩形包围盒的相交测试为不相交；

(3.2.2)如果投影区间相交，则再选择二号矩形相邻两条正交边为投影轴S和T轴，在S轴上投影区间为[s1,s2]，在T轴上投影区间为[t1,t2]；一号矩形在S轴投影区间为[s3,s4]，在T轴上投影为[t3,t4]，判断在坐标系S-T轴上的投影区间是否分别相交；如果该步骤得出在坐标系S-T轴上的投影区间相交，则两个矩形包围盒的相交测试为相交；如果该步骤得出在坐标系S-T轴上的投影区间不相交，则两个矩形包围盒的相交测试为不相交。

Claims (1)

1.一种基于建筑规范的城市场景模型布局约束方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)在城市场景中，建筑之间的退让距离应满足相关要求；

(1.1)低层建筑的退让距离，各边均不得少于3米，公式为：

VB_l-RB_l≥3

其中，VB_l代表低层建筑的虚边界包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒；

(1.2)多层建筑的退让距离，各边均不得少于7.5米，公式为：

VB_m-RB_m≥7.5

其中，VB_m代表多层建筑的虚边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒；

(1.3)高层建筑的退让距离，各边均不得少于12米，公式为：

VB_h-RB_h≥12

其中，VB_h代表高层建筑的虚边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒；

(1.4)特殊建筑的退让距离，各边均不得少于20米，公式为：

VB_s-RB_s≥20

其中，VB_s代表高层建筑的虚边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2)建筑与城市道路的退让距离，是控制城市布局的重要指标，城市道路分为城市主干路、城市次干路和城市支路；

(2.1)城市主干路与低层、多层建筑距离不得小于10米，与高层、特殊建筑距离不得小于15米，公式为：

其中，AR_s代表城市主干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2.2)城市次干路与低层、多层建筑距离不得小于7米，与高层、特殊建筑距离不得小于10米，公式为：

其中，SR_s代表城市次干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(2.3)城市支路与低层、多层建筑距离不得小于5米，与高层、特殊建筑距离不得小于10米，公式为：

其中，BR_s代表城市次干路包围盒，RB_l代表低层建筑的实边界包围盒，RB_m代表多层建筑的实边界包围盒，RB_h代表高层建筑的实边界包围盒，RB_s代表高层建筑的实边界包围盒；

(3)提出三种约束类型优化城市场景，结合双层OBB包围盒技术，生成以模型主体为基础的实边界和建筑规范约束下的虚边界，步骤如下：

(3.1)在三维城市场景中，加入一个建筑模型时，获取该建筑模型的中心点和地基的长宽，生成实边界包围盒，再根据约束条件，生成虚边界包围盒进行碰撞检测；

各个建筑包围盒的集合为N＝{N₁,N₂,......,N_m}，且 当插入一个新模型N_m+1时，与所有N集合内的子做碰撞检测，判断是否满足

(3.2)OBB的相交测试是基于分离轴理论，分离轴理论依据的基本原理是分离超平面定理，给定一条直线L，若两个对象垂直投影在此直线L上的区域没交集，就称此直线为两对象的分离轴；

(3.2.1)待相交测试的任意两种建筑的包围矩形，选一号矩形相邻两条正交边为投影轴S和T轴，且一号矩阵在S轴上投影区间为[s1,s2]，在T轴上投影区间为[t1,t2]；二号矩形在S轴投影区间为[s3,s4]，在T轴上投影为[t3,t4]，判断在坐标系S-T轴上的投影区间是否分别相交；如果不投影区间不相交，则两个矩形包围盒的相交测试为不相交；

(3.2.2)如果投影区间相交，则再选择二号矩形相邻两条正交边为投影轴S和T轴，在S轴上投影区间为[s1,s2]，在T轴上投影区间为[t1,t2]；一号矩形在S轴投影区间为[s3,s4]，在T轴上投影为[t3,t4]，判断在坐标系S-T轴上的投影区间是否分别相交；如果该步骤得出在坐标系S-T轴上的投影区间相交，则两个矩形包围盒的相交测试为相交；如果该步骤得出在坐标系S-T轴上的投影区间不相交，则两个矩形包围盒的相交测试为不相交。