CN109949423A - 三维可视化展示交互方法、装置、存储介质及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维可视化展示交互方法，应用于矿山地形绘制，包括：S1，获取预先采集的矿山地形数据；S2，通过可见性剔除技术只下载当前视野范围内的场景数据并加入渲染队列；S3，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除；S4，将被遮挡的模型数据剔除出内存；S5，根据传到GPU渲染管道中的所述可见数据的参数描述，对场景进行绘制；S6，将所述绘制的场景通过网络前端进行展示；S7，通过网络前端进行AR人机交互；本发明通过三维展示交互技术，裁减掉在地平曲线后面并且比地平曲线要高的地物，解决现有的矿山地形图只能反映地形高程数据的技术问题，实现更直观地还原与反映矿山土层以上植被和地面物体情况。
Description
技术领域
本发明涉及三维展示交互领域，尤其涉及一种基于矿山地形的三维可视化展示交互方法、装置、存储介质及终端设备。
背景技术
现有矿山建设工程主要为通过人工手持全站仪或标尺获取地形数据，然后将测量数据使用CAD等矢量辅助设计软件进行人工绘制二维地形图，并使用等高线高程标注方式表示地形特点，最后由设计人员在二维地形图上绘制矿山设备布设要素；但由于采用人工绘制二维地形图只能反映地形高程数据，无法更直观地还原与反映矿山土层以上植被和地面物体情况。
发明内容
本发明提供了一种基于矿山地形的三维可视化展示交互方法、装置、存储介质及终端设备，以解决现有的矿山地形图只能反映地形高程数据的技术问题，从而通过三维展示交互技术，进而实现更直观地还原与反映矿山土层以上植被和地面物体情况。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种三维可视化展示交互方法，应用于矿山地形绘制，包括：
获取预先采集的矿山地形数据；
通过可见性剔除技术只下载当前视野范围内的场景数据并加入渲染队列；
根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除；
将被遮挡的模型数据剔除出内存，而剩余可见的数据传到GPU渲染管道中；
根据传到GPU渲染管道中的所述可见数据的参数描述，对场景进行绘制；
将所述绘制的场景通过网络前端进行展示；
通过网络前端进行AR人机交互。
作为优选方案，所述可见性剔除技术包括视景体剔除技术和遮挡剔除技术。
作为优选方案，所述根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除，包括：
通过剔除算法，对当前的视域范围内所有的场景进行点投影生成地平曲线；
根据所述地平曲线对场景数据进行遮挡判断；
裁减掉在所述地平曲线后面并且比所述地平曲线要高的地物。
作为优选方案，所述剔除算法为地平线遮挡剔除算法。
本发明实施例还提供了一种三维可视化展示交互装置，应用于矿山地形绘制，包括：
获取模块，用于获取预先采集的矿山地形数据；
下载模块，通过可见性剔除技术只下载当前视野范围内的场景数据并加入渲染队列；
剔除模块，用于根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除；
发送模块，用于将被遮挡的模型数据剔除出内存，而剩余可见的数据传到GPU渲染管道中；
绘制模块，用于根据传到GPU渲染管道中的所述可见数据的参数描述，对场景进行绘制；
展示模块，将所述绘制的场景通过网络前端进行展示；
交互模块，通过网络前端进行AR人机交互。
作为优选方案，所述可见性剔除技术包括视景体剔除技术和遮挡剔除技术。
作为优选方案，所述剔除模块包括：投影子模块、判断子模块和裁剪子模块；
投影子模块，用于通过剔除算法，对当前的视域范围内所有的场景进行点投影生成地平曲线；
判断子模块，用于根据所述地平曲线对场景数据进行遮挡判断；
裁剪子模块，用于裁减掉在所述地平曲线后面并且比所述地平曲线要高的地物。
作为优选方案，所述剔除算法为地平线遮挡剔除算法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如上述任一项所述的三维可视化展示交互方法。
本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的三维可视化展示交互方法。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
通过三维展示交互技术，裁减掉在地平曲线后面并且比地平曲线要高的地物，解决现有的矿山地形图只能反映地形高程数据的技术问题，实现更直观地还原与反映矿山土层以上植被和地面物体情况。
附图说明
图1：为本发明实施例中的方法步骤流程示意图；
图2：为本发明实施例中的步骤S3的流程示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
请参照图1，本发明优选实施例提供了一种三维可视化展示交互方法，应用于矿山地形绘制，包括：
S1，获取预先采集的矿山地形数据；
S2，通过可见性剔除技术只下载当前视野范围内的场景数据并加入渲染队列；
S3，根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除；
S4，将被遮挡的模型数据剔除出内存，而剩余可见的数据传到GPU渲染管道中；
S5，根据传到GPU渲染管道中的所述可见数据的参数描述，对场景进行绘制；
S6，将所述绘制的场景通过网络前端进行展示；
S7，通过网络前端进行AR人机交互。所述人机交互包括场景漫游查看，距离、高程、土石方量的测量，现有场景上的爆破、挖运、道路等的规划和破碎生产线设备、建筑园林等的添加规划。
在本实施例中，所述可见性剔除技术包括视景体剔除技术和遮挡剔除技术。
在本实施例中，所述步骤S3中根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除，包括：
S31，通过剔除算法，对当前的视域范围内所有的场景进行点投影生成地平曲线；
S32，根据所述地平曲线对场景数据进行遮挡判断；
S33，裁减掉在所述地平曲线后面并且比所述地平曲线要高的地物。
在本实施例中，所述剔除算法为地平线遮挡剔除算法。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例
使用数据缓存机制对上文构建的矿山场景进行高效调度，应用层专门在客户端的电脑外存上建立了一个文件夹，用来存储已经下载过一次的模型数据。当客户端再次请求之前的模型时，就可以直接从本地硬盘中获取数据，而不需要重新从服务器下载。这种以空间换时间的策略，减轻了网络压力，节省了部分时间。
在数据调度方面，本发明还在管理层采取了异步加载策略。摒弃了以前整个场景下载结束后才进行渲染的同步加载技术，采用边下载边渲染的递进式加载策略，使三维场景绘制、数据调度计算和数据请求等操作互不干扰、并行进行。这样大大缩减了用户的等待时间，提高了渲染效率。本发明通过轻量级JS库when.js对数据请求任务进行队列管理，实现异步加载策略。其实现原理为：任务队列中的每个请求任务有三个可能状态：pending，fulfilled，rejected。pending表示任务刚创建，正在等待响应；fulfilled表示数据下载成功，等待渲染；rejected表示任务下载失败。当任务状态变更为fulfilled或者rejected时，该数据请求任务都将从队列中移除。其中，状态为fulfilled时，管理层会立刻将下载的场景数据放入渲染队列中等待渲染。
采取了上述的高效调度策略后，客户端场景数据请求过程的伪代码描述如下：
遍历所有模型后清空request和render队列。
使用高效场景调度策略将数据下载到客户端后，本发明采取了视景体剔除(ViewFrustum Culling)和遮挡剔除(Occlusion Culling)两种可见性剔除术。用以降低场景的复杂程度和图形流水线的负担，从而提高渲染效率。
视景体剔除是为了剔除未在视景体内的数据对象，而只将落入视景体空间内的数据对象调入到内存中,该方法直接依赖于当前系统返回的观察参数。而遮挡剔除是对视景体剔除得到的地物集合，根据地物间的遮挡关系做进一步的删减，使加载的地物对象范围进一步缩小。由于在观看场景时地物间的遮挡现象比较突出，使得落入视景体的地物中很大一部分在当前的观察位置上实际是不可见的，这些地物的数据便不需要调入内存进行绘制。本发明采用地平线遮挡剔除算法，先对当前的视域范围内所有的场景进行点投影生成地平曲线；然后根据该曲线对场景数据进行遮挡判断，在地平线后面并且比地平线要低的地物就会被裁减掉；最后将遮挡剔除后的场景数据送入渲染管道进行渲染。
本发明通过三维展示交互技术，裁减掉在地平曲线后面并且比地平曲线要低的地物，解决现有的矿山地形图只能反映地形高程数据的技术问题，实现更直观地还原与反映矿山土层以上植被和地面物体情况。
相对应地，本发明优选实施例还提供了一种三维可视化展示交互装置，应用于矿山地形绘制，包括：
获取模块，用于获取预先采集的矿山地形数据；
下载模块，通过可见性剔除技术只下载当前视野范围内的场景数据并加入渲染队列；
剔除模块，用于根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除；
发送模块，用于将被遮挡的模型数据剔除出内存，而剩余可见的数据传到GPU渲染管道中；
绘制模块，用于根据传到GPU渲染管道中的所述可见数据的参数描述，对场景进行绘制。
在本实施例中，所述可见性剔除技术包括视景体剔除技术和遮挡剔除技术。
在本实施例中，所述剔除模块包括：投影子模块、判断子模块和裁剪子模块；
投影子模块，用于通过剔除算法，对当前的视域范围内所有的场景进行点投影生成地平曲线；
判断子模块，用于根据所述地平曲线对场景数据进行遮挡判断；
裁剪子模块，用于裁减掉在所述地平曲线后面并且比所述地平曲线要低的地物。
在本实施例中，所述剔除算法为地平线遮挡剔除算法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一实施例所述的三维可视化展示交互方法。
本发明实施例还提供了一种终端设备，所述终端设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的三维可视化展示交互方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序1、计算机程序2)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器也可以是任何常规的处理器，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述终端设备的各个部分。
所述存储器主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，上述终端设备并不构成对终端设备的限定，可以包括比上述终端设备更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三维可视化展示交互方法，应用于矿山地形绘制，其特征在于，包括：
获取预先采集的矿山地形数据；
通过可见性剔除技术只下载当前视野范围内的场景数据并加入渲染队列；
根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除；
将被遮挡的模型数据剔除出内存，而剩余可见的数据传到GPU渲染管道中；
根据传到GPU渲染管道中的所述可见数据的参数描述，对场景进行绘制；
将所述绘制的场景通过网络前端进行展示；
通过网络前端进行AR人机交互。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可见性剔除技术包括视景体剔除技术和遮挡剔除技术。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除，包括：
通过剔除算法，对当前的视域范围内所有的场景进行点投影生成地平曲线；
根据所述地平曲线对场景数据进行遮挡判断；
裁减掉在所述地平曲线后面并且比所述地平曲线要高的地物。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述剔除算法为地平线遮挡剔除算法。
5.一种三维可视化展示交互装置，应用于矿山地形绘制，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取预先采集的矿山地形数据；
下载模块，通过可见性剔除技术只下载当前视野范围内的场景数据并加入渲染队列；
剔除模块，用于根据当前场景的视点参数，以及地物的几何形状和地物之间的位置关系，对渲染队列中的场景数据进行遮挡剔除；
发送模块，用于将被遮挡的模型数据剔除出内存，而剩余可见的数据传到GPU渲染管道中；
绘制模块，用于根据传到GPU渲染管道中的所述可见数据的参数描述，对场景进行绘制。
展示模块，将所述绘制的场景通过网络前端进行展示；
交互模块，通过网络前端进行AR人机交互。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述可见性剔除技术包括视景体剔除技术和遮挡剔除技术。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述剔除模块包括：投影子模块、判断子模块和裁剪子模块；
投影子模块，用于通过剔除算法，对当前的视域范围内所有的场景进行点投影生成地平曲线；
判断子模块，用于根据所述地平曲线对场景数据进行遮挡判断；
裁剪子模块，用于裁减掉在所述地平曲线后面并且比所述地平曲线要高的地物。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述剔除算法为地平线遮挡剔除算法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1～4任一项所述的三维可视化展示交互方法。
10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1～4任一项所述的三维可视化展示交互方法。
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