CN110111407B - 一种海量三维网格数据的调度渲染方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海量三维网格数据的调度渲染方法及系统。方法包括：对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元；根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元；对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元；根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元；根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染，采用本发明的方法能够减少渲染的数据量，从而实现海量体元模型的快速调度渲染。

Description

一种海量三维网格数据的调度渲染方法及系统

技术领域

本发明涉及海量三维网格数据处理领域，特别是涉及一种海量三维网格数据的调度渲染方法及系统。

背景技术

体元模型采用体元对3D空间对象的内部空间进行无缝完整的空间划分，它不仅描述3D空间对象的表面几何，还研究3D空间对象的内部特征。侧重于三维空间实体的边界与内部的整体表示，例如地层、矿体、水体、建筑物等。其优点是可以研究地质体内部属性，易于进行空间操作和分析，但是存储空间大，计算速度慢。流畅展示和分析大规模体数据是一个行业难点。随着GIS可视化对象复杂度的增高和精度要求的提高，地学模型必然面临数据量剧增的问题，这对于模型的可视化也是一个巨大的挑战。目前，国内外对体元数据的建模都做了很多研究，但是在海量体元数据的调度渲染领域的研究解还比较少，鲜有成熟的产品，解决这个问题的主要思路是将数据分块和分层，建立层次细节模型(LOD)，利用空间索引针对海量模型数据进行合理的组织和管理，以达到快速调度渲染的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种海量三维网格数据的调度渲染方法及系统，实现海量体元模型的快速调度渲染。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种海量三维网格数据的调度渲染方法，包括：

对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元；

根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元；

对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元；

根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；

根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元；

根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染。

可选的，所述对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元，具体包括：

计算原始海量三维网格体元数据的外包盒范围，将所述外包盒范围的左上角设定为原始点；

从所述原始点开始，分别沿着x、y、z的正方向上划分，得到多个空间单元，在每个方向上的空间单元至少包含一个体元数据。

可选的，所述根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元，具体包括：

根据八叉树算法对对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，直至当前级别所包含的空间单元数量在预设的范围内，得到抽稀分级后的空间单元。

可选的，所述对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元，具体包括：

判断所述抽稀分级后的空间单元是否因为完全遮挡而不可见；

若是，则过滤对应的空间单元；

若否，则保留对应的空间单元，得到预处理后的分级空间单元。

可选的，所述根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元，具体包括：

将最粗糙级别的空间单元在x和y方向上分块，得到的每个块为调度单元；一个调度单元在xy方向上最多包含n*n个空间单元，其中n为大于0的整数。

可选的，所述根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染，具体包括：

计算每个所述调度单元的包围盒、最大渲染距离rang_max和最小渲染距离rang_min；

计算当前级别的每个所述调度单元包围盒距离渲染引擎相机的距离d；

若rang_max>d>rang_min，则渲染当前级别的数据；

若d>rang_max且当前级别不是最粗糙的级别，则渲染上一粗糙级别的数据，并释放当前级别的数据；

若d<rang_min，则生成下一精细级别的的调度单元。

一种海量三维网格数据的调度渲染系统，包括：

空间单元确定模块，用于对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元；

抽稀分级处理模块，用于根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元；

预处理模块，用于对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元；

最粗糙级别的空间单元确定模块，用于根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；

调度单元确定模块，用于根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元；

渲染模块，用于根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染。

可选的，所述空间单元确定模块具体包括：

原始点确定单元，用于计算原始海量三维网格体元数据的外包盒范围，将所述外包盒范围的左上角设定为原始点；

空间单元确定单元，用于从所述原始点开始，分别沿着x、y、z的正方向上划分，得到多个空间单元，在每个方向上的空间单元至少包含一个体元数据。

可选的，所述抽稀分级处理模块具体包括：

抽稀分级处理单元，用于根据八叉树算法对对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，直至当前级别所包含的空间单元数量在预设的范围内，得到抽稀分级后的空间单元。

可选的，所述预处理模块具体包括：

判断单元，用于判断所述抽稀分级后的空间单元是否因为完全遮挡而不可见；

过滤单元，用于若所述抽稀分级后的空间单元因为完全遮挡而不可见，则过滤对应的空间单元；

保留单元，若所述抽稀分级后的空间单元没有因为完全遮挡而不可见，则保留对应的空间单元，得到预处理后的分级空间单元。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种海量三维网格数据的调度渲染方法，包括对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元；根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元；对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元；根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元；根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染，采用本发明的方法能够减少渲染的数据量，从而实现海量体元模型的快速调度渲染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明海量三维网格数据的调度渲染方法流程图；

图2为本发明海量三维网格数据的调度渲染系统结构图。

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做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。

本发明的目的是提供一种海量三维网格数据的调度渲染方法及系统，实现海量体元模型的快速调度渲染。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明海量三维网格数据的调度渲染方法流程图。如图1所示，一种海量三维网格数据的调度渲染方法包括：

步骤101：对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元，具体包括：

计算原始海量三维网格体元数据的外包盒范围，将所述外包盒范围的左上角设定为原始点。

从所述原始点开始，分别沿着x、y、z的正方向上划分，得到多个空间单元，在每个方向上的空间单元至少包含一个体元数据。

每个空间单元是一个规则的六面体，给每个空间单元赋予一个空间索引，空间索引用三个整数i(i≥0)、j(j≥0)、k(k≥0)表示，它们分别表示在x、y、z方向上的排序，在x方向上的排序i(i≥0)，y方向上的排序j(j≥0)，z方向上的排序k(k≥0)，构成了一个空间单元的唯一标识符(i,j,k)即空间索引。

步骤102：根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元，具体包括：

根据八叉树算法对对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，直至当前级别所包含的空间单元数量在预设的范围内，得到抽稀分级后的空间单元。

例如，如果原始数据在空间上划分为2048*2048*512＝2147483648个空间单元，那么经过7次抽稀后变为16*16*4＝1024个，如下所示：

Level1:2048*2048*512＝2147483648,

Level2:1024*1024*256＝268435456,

Level3:512*512*128＝33554432,

Level4:256*256*64＝4194304,

Level5:128*128*32＝524288,

Level6:64*64*16＝65536,

Level7:32*32*8＝8192,

Level8:16*16*4＝1024；

因为当前级别每个空间单元在x、y、z方向上的大小分别是上一精细级别的2倍，所以，如果当前级别一个空间单元的空间索引是(i,j,k)，则其对应的下一粗糙级别的空间单元的索引为

其对应的上一精细级别的八个孩子单元的索引为：(2i，2j，2k)、(2i+1，2j，2k)(2i+1，2j，2k)、(2i，2j，2k+1)、(2i+1，2j+1，2k)、(2i+1，2j，2k+1)、(2i，2j+1，2k+1)、(2i+1，2j+1，2k+1)。

步骤103：对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元，具体包括：

判断所述抽稀分级后的空间单元是否因为完全遮挡而不可见。

若是，则过滤对应的空间单元。

若否，则保留对应的空间单元，得到预处理后的分级空间单元。

由于每个空间单元是一个规则的六面体，所以可以根据空间单元是否有六个邻居来判断其是否被其空间单元完全遮挡而不可见，具体包括：

遍历所有空间单元并得到其空间索引(i,j,k)；

计算其六个邻居的空间索引(i+1,j,k)，(i-1,j,k)，(i,j+1,k)，(i,j-1,k)，(i,j,k+1)，(i,j,k-1)，如果六个邻居都存在则说并其被遮挡而不可见，否则可见。

需要展示所有属性的体素的时候，需要整体计算；需要展示某一个属性的时候，将该属性过滤出来再做计算每个属性计算。

步骤104：根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；

步骤105：根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元，具体包括：

将最粗糙级别的空间单元在x和y方向上分块，得到的每个块为调度单元；一个调度单元在xy方向上最多包含n*n个空间单元，其中n为大于0的整数。

在x方向上对空间单元的i索引进行划分，在y方向上对空间单元的j索引进行划分，每n(n>0)个空间单元进行一次划分，可划分为(0,n-1)、(n,2n-1)、(2n,3n-1)...。

步骤106：根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染，具体包括：

计算当前级别每个所述调度单元的包围盒、最大渲染距离rang_max和最小渲染距离rang_min；计算方法为：若当前场景为空，则rang_max＝+∞，rang_min＝0；否则遍历每个划分块内所有体元数据的顶点坐标，并根据顶点坐标得到一个包围盒，包围盒的半径为r，最小渲染距离为rang_min＝r*s，(s>0)，最大渲染距离为rang_max＝r*t，(t>0)，(t>s)；

计算当前级别的每个所述调度单元包围盒距离渲染引擎相机的距离d；

若rang_max>d>rang_min，则渲染当前级别的数据；

若d>rang_max且当前级别不是最粗糙的级别，则渲染上一粗糙级别的数据，并释放当前级别的数据；

若d<rang_min，则生成下一精细级别的的调度单元。

生成方法为：如果当前级别为组粗糙级别，则直接读取最粗糙级别的调度单元；

否则，通过以下计算得到新级别的调度单元：如果一个调度单元的i索引的范围是(m,n)，j索引的范围是(p,q)其中，m>0,n>0,n>m，p>0,q>0,q>p，n-m＝q-p，则按照四叉树规则，其四个孩子的i和j的索引的取值范围为：

Child1:i索引的范围是(2m,2m+(m-n)/2-1),j索引的范围是(2p,2p+(q-p)/2-1)；

Child2:i索引的范围是(2m,2m+(m-n)/2-1),j索引的范围是(2p+(q-p)/2,2q)；

Child3:i索引的范围是(2m+(m-n)/2,2n),j索引的范围是(2p,2p+(q-p)/2-1)；

Child4:i索引的范围是(2m+(m-n)/2,2n),j索引的范围是(2p+(q-p)/2,2q)。

每个孩子生成一个数据请求，请求调度单元内所有不被遮挡的空间单元内的所有体元数据；

解析所有体元数据的几何信息及其属性，删除面索引重复的面(被遮挡的面)并绘制剩下的面；

对于这四个孩子重复以上步骤，以此类推。

整体过程是边调度边绘制，绘制之后就能在三维渲染引擎中看到渲染结果了。本发明中距离相机远处的地方加载粗糙的数据来进行渲染，近处的加载精细数据渲染；本发明只渲染能看到的数据，因此需要过滤掉无效数据。本发明能够大大减少渲染的数据量，从而实现海量体元模型的快速调度渲染。

图2为本发明海量三维网格数据的调度渲染系统结构图。如图2所示，一种海量三维网格数据的调度渲染系统包括：

空间单元确定模块201，用于对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元；

抽稀分级处理模块202，用于根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元；

预处理模块203，用于对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元；

最粗糙级别的空间单元确定模块204，用于根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；

调度单元确定模块205，用于根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元；

渲染模块206，用于根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染。

所述空间单元确定模块201具体包括：

原始点确定单元，用于计算原始海量三维网格体元数据的外包盒范围，将所述外包盒范围的左上角设定为原始点；

空间单元确定单元，用于从所述原始点开始，分别沿着x、y、z的正方向上划分，得到多个空间单元，在每个方向上的空间单元至少包含一个体元数据。

所述抽稀分级处理模块202具体包括：

抽稀分级处理单元，用于根据八叉树算法对对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，直至当前级别所包含的空间单元数量在预设的范围内，得到抽稀分级后的空间单元。

所述预处理模块203具体包括：

判断单元，用于判断所述抽稀分级后的空间单元是否因为完全遮挡而不可见；

过滤单元，用于若所述抽稀分级后的空间单元因为完全遮挡而不可见，则过滤对应的空间单元；

保留单元，若所述抽稀分级后的空间单元没有因为完全遮挡而不可见，则保留对应的空间单元，得到预处理后的分级空间单元。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种海量三维网格数据的调度渲染方法，其特征在于，包括：

对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元；

根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元，具体包括：

根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，直至当前级别所包含的空间单元数量在预设的范围内，得到抽稀分级后的空间单元；

对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元；

根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；

根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元；

根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染。

2.根据权利要求1所述的海量三维网格数据的调度渲染方法，其特征在于，所述对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元，具体包括：

计算原始海量三维网格体元数据的外包盒范围，将所述外包盒范围的左上角设定为原始点；

从所述原始点开始，分别沿着x、y、z的正方向上划分，得到多个空间单元，在每个方向上的空间单元至少包含一个体元数据。

3.根据权利要求1所述的海量三维网格数据的调度渲染方法，其特征在于，所述对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元，具体包括：

判断所述抽稀分级后的空间单元是否因为完全遮挡而不可见；

若是，则过滤对应的空间单元；

若否，则保留对应的空间单元，得到预处理后的分级空间单元。

4.根据权利要求1所述的海量三维网格数据的调度渲染方法，其特征在于，所述根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元，具体包括：

将最粗糙级别的空间单元在x和y方向上分块，得到的每个块为调度单元；一个调度单元在xy方向上最多包含n*n个空间单元，其中n为大于0的整数。

5.根据权利要求1所述的海量三维网格数据的调度渲染方法，其特征在于，所述根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染，具体包括：

计算当前级别每个所述调度单元的包围盒、最大渲染距离rang_max和最小渲染距离rang_min；

计算当前级别的每个所述调度单元包围盒距离渲染引擎相机的距离d；

若rang_max>d>rang_min，则渲染当前级别的数据；

若d>rang_max且当前级别不是最粗糙的级别，则渲染上一粗糙级别的数据，并释放当前级别的数据；

若d<rang_min，则生成下一精细级别的调度单元。

6.一种海量三维网格数据的调度渲染系统，其特征在于，包括：

空间单元确定模块，用于对原始海量三维网格体元数据在三维方向上进行分块，得到多个空间单元；

抽稀分级处理模块，用于根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，得到抽稀分级后的空间单元，具体包括：

抽稀分级处理单元，用于根据八叉树算法对多个所述空间单元进行抽稀分级处理，直至当前级别所包含的空间单元数量在预设的范围内，得到抽稀分级后的空间单元；

预处理模块，用于对所述抽稀分级后的空间单元进行预处理，得到预处理后的分级空间单元；

最粗糙级别的空间单元确定模块，用于根据所述预处理后的分级空间单元，确定最粗糙级别的空间单元；

调度单元确定模块，用于根据所述最粗糙级别的空间单元进行分块处理，得到多个调度单元；

渲染模块，用于根据各所述调度单元对所述预处理后的分级空间单元进行渲染。

7.根据权利要求6所述的海量三维网格数据的调度渲染系统，其特征在于，所述空间单元确定模块具体包括：

原始点确定单元，用于计算原始海量三维网格体元数据的外包盒范围，将所述外包盒范围的左上角设定为原始点；

空间单元确定单元，用于从所述原始点开始，分别沿着x、y、z的正方向上划分，得到多个空间单元，在每个方向上的空间单元至少包含一个体元数据。

8.根据权利要求6所述的海量三维网格数据的调度渲染系统，其特征在于，所述预处理模块具体包括：

判断单元，用于判断所述抽稀分级后的空间单元是否因为完全遮挡而不可见；

过滤单元，用于若所述抽稀分级后的空间单元因为完全遮挡而不可见，则过滤对应的空间单元；

保留单元，若所述抽稀分级后的空间单元没有因为完全遮挡而不可见，则保留对应的空间单元，得到预处理后的分级空间单元。

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