CN109919997A - 基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，包括以下步骤：确定输入的三维空间复杂场景；确定漫游起始点、终止点、移动速度、漫游时间；选取各条路径的中心线状通道；对各条中心线状通道按照等距离进行间隔分段分割；确定瞬时间后漫游摄像机实时空间姿态位置、行进方向和下一段直线段及其相应节点；判断摄像机的位置是否跳出当前直线段，若否，则根据直线匀速运动原理确定下一个时刻位置，若是，则按照漫游角度转换最小的原则确定下一段的行进方向；摄像机三维空间姿态在行进中实时调整和更新；实现瞬时漫游和导航。本发明通过结合网络拓扑、视线中心线、摄像机动态转换等的关联，以实现三维空间无缝漫游和导航。

Description

基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法

技术领域

本发明涉及一种路径导航方法，特别涉及一种基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法。

背景技术

人们通过形象直观的三维空间信息来认识和改造世界，空间信息主要是以图形化的形式存在的。然而，相比二维GIS，三维GIS为空间信息的展示提供了更丰富、逼真的平台，使人们将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，人们结合自己相关的经验就可以理解，从而做出准确而快速的判断。也即三维GIS在可视化方面有着得天独厚的优势，但是三维GIS的空间动态交互可视化和导航对计算机图形技术及其算法提出了更高要求，不仅需要完全可以满足三维地理空间信息选址导航的要求，而且需要满足无缝浏览与视角转换的展示体验效果。

同时，多维度空间分析功能也需基于三维空间场景的选址导航视线。空间信息的分析过程，往往是复杂、动态和抽象的，在数量繁多、关系复杂的空间信息面前，三维空间分析，如淹没分析、地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级功能，自然包容多维地理信息的复杂场景路径选址导航功能。

因此，以三维立体化空间管理、选址导航与可视化为核心，结合定位、导航、路径规划、容量估算、资源调配、行业指挥控制等系统的综合应用，实现安全、应急、防灾减灾等城市发展基本需求，在人员疏散、人口统计、物资管理等城市应急方面可以发挥越来越大的作用，已成为解决城市人口、资源、环境三大危机的一项重要措施。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种工作效率高、能实现三维空间无缝漫游和导航的基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，包括以下步骤：

(1)确定输入的三维空间复杂场景，三维空间复杂场景包括多条线状路径网络；

(2)确定输入的三维场景漫游起始点、终止点、移动速度、漫游时间或临时操作输入移动方向；

(3)在三维空间复杂场景中，根据线状路径网络的空间拓扑关系，选取各条路径的中心线状通道；

(4)在各条中心线状通道上，按照等距离进行间隔分段分割，得到分段的直线段集合，任一条直线段l_i具有起始端点A_i、终止端点B_i、间隔分割节点P_j属性；

(5)在各分段的直线段中，根据漫游摄像机的三维空间位置Q及其当前直线段l_i对应节点P_j、三维姿态方向夹角θ、速度υ，确定瞬时间τ后漫游摄像机新的实时空间位置Q′、三维姿态行进方向夹角θ′和下一段直线段l_i+1及其相应节点P′_j；

(6)判断瞬时间τ后摄像机的位置Q′是否跳出当前直线段l_i进入下一直线段l_i+1，若否，则根据直线匀速运动原理确定下一个时刻位置，若是，则进入下一步骤；

(7)针对实时摄像机位置Q′跳出直线段l_i而进入下一直线段l_i+1的情况，按照漫游角度转换最小的原则确定下一段的行进方向θ′；

(8)重复步骤(5)至步骤(7)，摄像机三维空间姿态在行进中实时调整和更新，即涉及到三维空间中摄像机位置的偏航、翻滚和俯仰，对应于以三维坐标空间中Yaw轴、Roll轴、Pitch轴为对称轴的旋转运动；

(9)根据调整后的摄像机的三维空间姿态实现瞬时漫游和导航。

上述基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，所述步骤(1)中，三维空间复杂场景包括大型商场、机场或地下巷道空间。

上述基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，所述步骤(5)中，瞬时间τ后漫游摄像机实时空间姿态位置Q′、下一段直线段l_i+1的计算公式为：

Q′Q＝υτ

上述基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，所述步骤(7)中，按照漫游角度转换最小的原则确定下一段的行进方向θ′满足如下条件：

θ′-θ＝min{deg(P_jQ,P′_jQ′)}

式中deg(P_jQ,P′_jQ′)表示直线段P_jQ和P′_jQ′的夹角。

本发明的有益效果在于：本发明针对目前三维地理空间中复杂场景的选址和导航中缺乏实时动态漫游、缺少地理空间位置定位和缺失连续平滑切换等问题，实现基于视线中心线的复杂空间场景路径选址与导航定位方法，结合复杂网络路径中心线、分段分割、摄像机实时调整更新实现主视角的连续转换、动态选址、无缝漫游导航等基本三维空间分析功能。这样，通过结合网络拓扑、视线中心线、摄像机动态转换等的关联，以实现三维空间无缝漫游和导航。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明中漫游摄像机的三维空间位置示意图。

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说明。

如图1所示，一种基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，包括以下步骤：

(1)确定输入的三维空间复杂场景，三维空间复杂场景包括大型商场、机场或地下巷道空间等，三维空间复杂场景主要包括多条线状路径网络。

(2)确定输入的三维场景漫游起始点、终止点、移动速度、漫游时间或临时操作输入移动方向。

(3)在三维空间复杂场景中，根据线状路径网络的空间拓扑关系，选取各条路径的中心线状通道。

(4)在各条中心线状通道上，按照等距离进行间隔分段分割，得到分段的直线段集合，任一条直线段l_i具有起始端点A_i、终止端点B_i、间隔分割节点P_j属性。

(5)在各分段的直线段中，如图2所示，根据漫游摄像机的三维空间位置Q(主要为空间位置坐标信息)及其当前直线段l_i对应节点P_j、方向夹角θ(主要包括空间三维姿态角度a、b、c，分别表示偏航角、翻滚角、俯仰角)、速度υ，确定瞬时间τ后漫游摄像机实时新的三维空间位置Q′、行进方向夹角θ′(也即新的空间三维姿态，新的偏航、翻滚和俯仰角度a’、b’、c’)和下一段直线段l_i+1及其相应节点P′_j；

瞬时间τ后漫游摄像机实时空间姿态位置Q′、下一段直线段l_i+1的计算公式为：

Q′Q＝υτ

(6)判断瞬时间τ后摄像机的位置Q′是否跳出当前直线段l_i进入下一直线段l_i+1，若否，则根据直线匀速运动原理确定下一个时刻位置，若是，则进入下一步骤。

(7)针对实时摄像机位置Q′跳出直线段l_i而进入下一直线段l_i+1的情况，按照漫游角度转换最小的原则确定下一段的行进方向夹角θ′；行进方向夹角θ′满足如下条件(式中deg表示直线段P_jQ和P′_jQ′的夹角)：

θ′-θ＝min{deg(P_jQ,P′_jQ′)}。

(8)重复步骤(5)至步骤(7)，摄像机三维空间姿态(包括三维空间位置Q、空间姿态方向夹角θ)在行进中实时调整和更新，即涉及到三维空间中摄像机位置的偏航、翻滚和俯仰，对应于以三维坐标空间中Yaw轴、Roll轴、Pitch轴为对称轴的旋转运动。

(9)根据调整后的摄像机的三维空间姿态实现瞬时漫游和导航。

以上内容是对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。例如，初始的输入可以是已经自动设定的起始点、终止点、时间或速度，也可以是在三维空间漫游过程中临时操作的漫游方向、速度、距离、时间等，仍然可以适用于本发明的方法进行三维空间复杂场景路径选址导航。本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的情况下，可以在细节上进行各种修改，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，包括以下步骤：

(1)确定输入的三维空间复杂场景，三维空间复杂场景包括多条线状路径网络；

(2)确定输入的三维场景漫游起始点、终止点、移动速度、漫游时间或临时操作输入移动方向；

(3)在三维空间复杂场景中，根据线状路径网络的空间拓扑关系，选取各条路径的中心线状通道；

(4)在各条中心线状通道上，按照等距离进行间隔分段分割，得到分段的直线段集合，任一条直线段l_i具有起始端点A_i、终止端点B_i、间隔分割节点P_j属性；

(5)在各分段的直线段中，根据漫游摄像机的三维空间位置Q及其当前直线段l_i对应节点P_j、空间姿态方向夹角θ、速度υ，确定瞬时间τ后漫游摄像机新的实时三维空间位置Q′、空间姿态行进方向夹角θ′和下一段直线段l_i+1及其相应节点P′_j；

(6)判断瞬时间τ后摄像机的位置Q′是否跳出当前直线段l_i进入下一直线段l_i+1，若否，则根据直线匀速运动原理确定下一个时刻位置，若是，则进入下一步骤；

(7)针对实时摄像机位置Q′跳出直线段l_i而进入下一直线段l_i+1的情况，按照漫游角度转换最小的原则确定下一段的行进方向θ′；

(8)重复步骤(5)至步骤(7)，摄像机三维空间姿态在行进中实时调整和更新，即涉及到三维空间中摄像机位置的偏航、翻滚和俯仰，对应于以三维坐标空间中Yaw轴、Roll轴、Pitch轴为对称轴的旋转运动；

(9)根据调整后的摄像机的三维空间姿态实现瞬时漫游和导航。

2.根据权利要求1所述的基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，其特征在于：所述步骤(1)中，三维空间复杂场景包括大型商场、机场或地下巷道空间。

3.根据权利要求1所述的基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，其特征在于：所述步骤(5)中，瞬时间τ后漫游摄像机实时空间姿态位置Q′、下一段直线段l_i+1的计算公式为：

Q′Q＝υτ

4.根据权利要求3所述的基于视线中心线的三维空间中复杂场景路径选址导航方法，其特征在于：所述步骤(7)中，按照漫游角度转换最小的原则确定下一段的行进方向θ′满足如下条件：

θ′-θ＝min{deg(P_jQ,P′_jQ′)}

式中deg(P_jQ,P′_jQ′)表示直线段P_jQ和P′_jQ′的夹角。