CN110135014B - 一种线状道路要素自动化建模方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种线状道路要素自动化建模方法及装置，先进行道路中心线坐标数据的采集存储；然后根据采集的数据信息，提取线状要素的矢量数据文件并建立线状道路要素模型数据库，通过计算获取各个线状道路要素的模型建立参数并将各个线状道路要素的模型建立参数存储到一个文本类型的配置文件中，使用MaxScript脚本逐行读取配置文件里的模型参数，根据配置文件里的模型路径，逐个导入模型文件，根据配置文件里的坐标信息以及旋转角度和名称，修改模型位置、Z轴旋转角度和名称，最后导出三维模型文件并退出程序。本发明实现了线状道路要素自动化快速建模，解决了目前线状道路要素建模效率低，建模时间长的问题，为海量线状道路要素建模工作节约大量的时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及三维建模领域，更具体地说，涉及一种线状道路要素自动化建模方法及装置。
背景技术
随着科学技术的进步，社会发展已经进入了以数字、网络等为标志的全方位信息化时代。与此同时，数字城市的概念应运而生。所谓数字城市，是指综合运用计算机数字化手段(GIS、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术)对城市的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强大功能。数字城市中，城市基础设施中的道路就如一个人的血管脉络一样重要，它维系着城市活动的生机和安全。
三维道路或地图的研究成为各大城市及相关领域厂商的研发重点，线状道路要素自动化建模是实现道路资产建模需要解决的问题之一，也是现代化三维建模领域需要解决的主要问题。然而，目前针对现阶段对于线状要素的建模方法比较少，且普遍存在自动化程度以及建模效率低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的目前针对现阶段对于线状要素的建模方法比较少，且普遍存在自动化程度以及建模效率低的技术缺陷，提供了一种线状道路要素自动化建模方法及装置，根据采集的数据文件，通过GIS平台对数据进行处理，将其转换成建模所需的配置文件并导出，然后使用3D Max脚本语言读取配置文件，实现线状要素快速、批量建模。
根据本发明的其中一方面，本发明解决其技术问题所采用线状道路要素自动化建模方法包含如下步骤：
步骤1)通过车载影像采集一条道路的道路中心线坐标点数据，并以文本方式存储；每个道路中心线坐标点数据包括坐标点的经度、坐标点纬度以及采集序号；
步骤2)通过ArcGIS平台添加X、Y数据工具将步骤1采集的数据转成矢量坐标点，将矢量坐标点通过ArcGIS平台的点集转线工具按照坐标点的采集序号依次连接起来，得到道路中心线；通过ArcGIS平台的缓冲区分析对所述道路中心线进行缓冲分析，缓冲半径为道路宽度，将得到的缓冲区通过ArcGIS平台的要素转线工具提取线状道路要素，形成一个矢量线数据文件；
步骤3)使用3D Max建模软件建立线状道路要素样本单元模型，并导出obj格式的模型文件，每个样本单元模型文件单独存放，记保存路径为path，所有的样本单元模型都是以同一方向为初始方向；
步骤4)根据步骤2提取的矢量线数据文件计算每个样本单元模型的起始坐标点(X，Y，Z)；
步骤5)根据步骤4计算的线状要素的起始坐标点，求取每个样本单元模型需要旋转的角度angle；
步骤6)通过.NET Framework提供的GetGuid方法为每个样本单元模型生成唯一的模型标识id；
步骤7)将步骤3建立的obj格式的路径path、步骤4计算得到的X、Y和Z、步骤5计算的旋转角angle和步骤6生成的模型的唯一标识id统一保存在文本类型的配置文件中，如果线状道路要素为非对称模型，则配置文件中还要保存模型位于线状道路的左右位置；
步骤8)使用3D Max脚本语言Maxscript读取步骤7的配置文件，判断读取的数据是否为null，如果为null，转为步骤12，如果不为null，将读取的一个线状道路要素的数据通过Maxscript提供的filterstring方法分割，得到该线状道路要素的模型建立参数X、Y、Z、path、angle及id；
步骤9)根据步骤8得到的线状道路要素的模型建立参数，使用3D Max脚本语言Maxscript导入path参数所指向的样本单元模型对象；
步骤10)使用Maxscript提供的对象选择符号$选中步骤9导入的样本单元模型，然后根据步骤8得到的模型建立参数中的x、y、z参数，去改变所选中样本单元模型的位置属性pos；根据模型建立参数angle，使用Maxscript脚本语言，将选中的样本单元模型进行旋转，使样本单元模型方向平行于道路方向；根据模型建立参数中的id参数，改变所选中样本单元模型的名称属性name；
步骤11)转步骤8进行下一组模型建立参数的处理；
步骤12)当所有的模型建立完成之后，使用Maxscript脚本语言提供的exportfile方法将已建立模型导出成obj。
进一步地，在本发明的线状道路要素自动化建模方法的步骤1中，所述识别信息还包括采集的道路的名称，所述采用文本方式存储是指采用txt、csv、xlsx格式中的任意一种进行存储。
进一步地，在本发明的线状道路要素自动化建模方法的步骤3中，为了解决线状道路要素在弯道处单元模型的连接的问题，样本单元模型采用骨骼关节连接方式与其他的样本单元模型连接。
进一步地，在本发明的线状道路要素自动化建模方法的步骤3中，所述同一方向是指正北方。
进一步地，在本发明的线状道路要素自动化建模方法的步骤4的具体实现方法为：
首先通过MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取线状要素的起点坐标，以起点坐标为圆心点，以样本单元模型的长度为半径，使用MapGIS平台的GeoCir类的set方法作圆；
然后使用MapGIS平台的GisMath类的ArcsCrossComPos方法计算圆与线状要素的交点；
当第一个交点获取完毕后开始进入循环求取线状要素的坐标点：把第一个交点作为圆心点，线状要素的单元模型长度为半径，采用同样的方法继续作圆，此时圆与线状要素会有两个交点；然后用交点和上一个圆心的距离作为判断条件，如果距离大于半径就保留此交点，作为下一个圆心点，如果小于半径就剔除此交点，直到圆与线状要素的交点个数为1时，跳出循环，此时，将所有保留下来的交点作为线状要素的起始坐标点，计算完毕。
进一步地，在本发明的线状道路要素自动化建模方法的步骤5的具体实现方法为：
使用MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取步骤4中计算的第一个点(X1，Y1，Z1)和其相邻点(X2，Y2，Z2)，根据公式
计算第二个样本单元模型需要旋转的角度，然后使用MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取步骤4中计算的第二点(X2，Y2，Z2)的相邻点(X3，Y3，Z3)，根据公式
计算第三个样本单元模型需要旋转的角度，以此方法直到所有旋转角度计算完毕。
进一步地，在本发明的线状道路要素自动化建模方法的步骤12之后还包括步骤：使用Maxscript提供的quitmax方法退出程序。
根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题，所提供的线状道路要素自动化建模装置具有计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于实现上述任一项所述的线状道路要素自动化建模方法。
本发明最明显的不同在于线状道路要素的矢量数据提取是通过对道路中心线作缓冲区的方法实现的，线状道路要素的离散化采用的是圆曲线与线相交的方法实现的，保留符合条件的交点，剔除不符合条件的交点，以及单元要素模型的两端采用的是骨骼关节连接的原理，使单元要素模型在弯道处能够无缝连接。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明线状道路要素自动化建模方法一实施例的流程图；
图2是道路左边的护栏模型图；
图3是道路右边的护栏模型图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，图1是本发明线状道路要素自动化建模方法一实施例的流程图，在本实施例的线状道路要素自动化建模方法中，其具体包含如下步骤：
步骤1)通过车载影像采集一条道路的道路中心线坐标点数据，并以文本方式存储，每个道路中心线坐标点数据包括道路中心线坐标点的采集序号order_number、采集名称img_name、经度longitude、纬度latitude。采用文本方式存储是指采用txt、csv、xlsx格式中的任意一种进行存储。
步骤2)通过ArcGIS平台添加X、Y数据工具将步骤1采集的数据转成矢量坐标点，将矢量坐标点通过ArcGIS平台的点集转线工具按照字段order_number连接起来，即得到道路中心线；根据道路中心线数据，通过ArcGIS平台的缓冲区分析对道路中心线进行缓冲分析，缓冲半径为道路宽度，将得到的缓冲区通过ArcGIS平台的要素转线工具提取护栏要素，形成一个矢量线数据文件。
步骤3)使用3D Max建模软件建立护栏样本单元模型，由于护栏模型是非对称的，所以需要在道路左右边分别建立一个护栏样本单元模型，导出obj格式的模型文件，并分别独立存放。为了解决道路护栏在弯道处的护栏单元模型的连接的问题，护栏单元模型两端采用骨骼关节连接原理，即样本单元模型采用骨骼关节连接方式与其他的样本单元模型连接，使护栏单元模型无论旋转多少角度，都能无缝连接，模型如图2及图3所示，图2为道路左边的护栏模型，图3为道路右边的护栏模型，模型的初始方向均为正北方向。
步骤4)根据步骤2提取的护栏的矢量线数据文件计算每个护栏单元模型的起始坐标点。首先通过MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取护栏的起点坐标，以起点坐标为圆心点，以护栏单元模型的长度为半径，使用MapGIS平台的GeoCir类的set方法作圆，然后使用MapGIS平台的GisMath类的ArcsCrossComPos方法计算圆与护栏的交点和交点个数，并保存。当第一个交点获取完毕后开始进入循环求取护栏单元模型的坐标点：把第一个交点作为圆心点，护栏单元模型长度为半径，继续作圆，方法同上。此时圆与线状要素会有两个交点，因此需要作判断，判断依据是两个交点中的其中一个交点与上一个圆的圆心几乎是重合的，也就是说它们之间的距离接近于0，而另一个交点与上一个圆心的距离必大于圆的半径，因此就可以用交点和上一个圆心的距离作为判断条件，如果距离大于半径就保留此交点，作为下一个圆心点，如果小于半径就剔除此点，直到圆与护栏的矢量线文件的交点个数为1时，跳出循环，此时，护栏单元模型的坐标点(X，Y，Z)计算完毕。
应当理解的是，一条路对应一个矢量线数据文件，后面基于这一个线文件，计算出每个单元模型的位置，多个单元模型连在一起构成了最终的线状物体的完整模型。
步骤5)根据步骤4计算的护栏单元模型的坐标点，求取每个护栏单元模型需要旋转的角度angle。首先使用MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取步骤4中计算的第一个点(X1，Y1，Z1)和其相邻点(X2，Y2，Z2)，根据角度计算公式
计算其旋转角度angle(即θ)。然后使用MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取步骤4中计算的第二点(X2，Y2，Z2)的相邻点(X3，Y3，Z3)，根据公式
计算第三个样本单元模型需要旋转的角度，以此方法直到所有旋转角度计算完毕。
如果线状道路要素单元模型为对称模型，则线状道路要素模型无论是在道路的左边还是右边，旋转的角度都是angle；如果线状道路要素单元模型为非对称模型，则线状道路要素在道路左边和右边旋转的角度不相等，则需要在道路的左右侧分别建立一个样本单元模型，这样就解决了道路左右边旋转角度不相等的问题。
步骤6)在批量建立护栏单元模型时，每个护栏单元模型的模型名称应是唯一的，因此可通过.NET Framework提供的GetGuid方法生成唯一的模型标识id，即每一个护栏单元模型对应一个id。
步骤7)将步骤3建立的obj格式模型的路径path、步骤4计算的坐标信息X、Y和Z、步骤5计算的旋转角angle和步骤6生成的模型的唯一标识id统一保存在文本类型的配置文件中，各个参数之间用逗号分隔，并保存模型位于线状道路的位置direction(left表示位于道路左面，right表示位于道路右面)，每个线状道路要素的数据相关联，并存储为一行。
步骤8)使用3D Max脚本语言Maxscript读取步骤7的配置文件，判断读取的数据是否为null，如果为null，转为步骤12，如果不为null，将读取的一行数据通过Maxscript提供的filterstring方法分割，得到护栏模型建立参数x、y、z、path、angle、id、direction。
步骤9)根据步骤8得到的护栏模型建立参数，使用3D Max脚本语言Maxscript导入path参数所指向的护栏单元模型。如果参数direction的值为left，path指向道路左边的护栏单元模型，如果direction的值为right，path指向道路右边的护栏单元模型。
步骤10)使用Maxscript提供的对象选择符号$选中步骤9导入的护栏模型，根据步骤8得到的护栏模型建立参数中的X、Y、Z参数，去改变所选中护栏模型的位置属性pos；根据模型建立参数angle，使用Maxscript脚本语言提供的rotate方法，将选中的护栏模型进行旋转，使护栏模型方向平行于道路方向；根据模型建立参数中的id参数，改变所选中模型的名称属性name。
步骤11)转步骤8进行下一组模型建立参数的处理。
步骤12)当所有的护栏模型建立完成之后，使用Maxscript脚本语言提供的exportfile方法将已建立模型导出成obj格式的模型文件，然后再使用Maxscript提供的quitmax方法退出程序。
本发明已经过严格的测试和验证，通过本方法，可快速、批量地建立线状道路要素的三维模型，并可将建立的模型导出obj、3ds等通用的三维数据格式，从而实现了数据的共享和重复利用。综上所述，此方法具有建模速度快、数据共享、建模效率高等特点。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种线状道路要素自动化建模方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1)通过车载影像采集一条道路的道路中心线坐标点数据，并以文本方式存储；每个道路中心线坐标点数据包括坐标点的经度、坐标点纬度以及采集序号；
步骤2)通过ArcGIS平台添加X、Y数据工具将步骤1采集的数据转成矢量坐标点，将矢量坐标点通过ArcGIS平台的点集转线工具按照坐标点的采集序号依次连接起来，得到道路中心线；通过ArcGIS平台的缓冲区分析对所述道路中心线进行缓冲分析，缓冲半径为道路宽度，将得到的缓冲区通过ArcGIS平台的要素转线工具提取线状道路要素，形成一个矢量线数据文件；
步骤3)使用3D Max建模软件建立线状道路要素样本单元模型，并导出obj格式的模型文件，每个样本单元模型文件单独存放，记保存路径为path，所有的样本单元模型都是以同一方向为初始方向；
步骤4)根据步骤2提取的矢量线数据文件计算每个样本单元模型的起始坐标点(X，Y，Z)；
所述步骤4)的具体实现方法为：
首先通过MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取线状要素的起点坐标，以起点坐标为圆心点，以样本单元模型的长度为半径，使用MapGIS平台的GeoCir类的set方法作圆；
然后使用MapGIS平台的GisMath类的ArcsCrossComPos方法计算圆与线状要素的交点；
当第一个交点获取完毕后开始进入循环求取线状要素的坐标点：把第一个交点作为圆心点，线状要素的单元模型长度为半径，采用同样的方法继续作圆，此时圆与线状要素会有两个交点；然后用交点和上一个圆心的距离作为判断条件，如果距离大于半径就保留此交点，作为下一个圆心点，如果小于半径就剔除此交点，直到圆与线状要素的交点个数为1时，跳出循环，此时，将所有保留下来的交点作为线状要素的起始坐标点，计算完毕；
步骤5)根据步骤4计算的线状要素的起始坐标点，求取每个样本单元模型需要旋转的角度angle；
所述步骤5)的具体实现方法为：
使用MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取步骤4中计算的第一个点(X1，Y1，Z1)和其相邻点(X2，Y2，Z2)，根据公式
计算第二个样本单元模型需要旋转的角度，然后使用MapGIS平台的GeoVarLine类的Get2Dots方法获取步骤4中计算的第二点(X2，Y2，Z2)的相邻点(X3，Y3，Z3)，根据公式
计算第三个样本单元模型需要旋转的角度，以此方法直到所有旋转角度计算完毕；
步骤6)通过.NET Framework提供的GetGuid方法为每个样本单元模型生成唯一的模型标识id；
步骤7)将步骤3建立的obj格式的路径path、步骤4计算得到的X、Y和Z、步骤5计算的旋转角angle和步骤6生成的模型的唯一标识id统一保存在文本类型的配置文件中，如果线状道路要素为非对称模型，则配置文件中还要保存模型位于线状道路的左右位置；
步骤8)使用3D Max脚本语言Maxscript读取步骤7的配置文件，判断读取的数据是否为null，如果为null，转为步骤12，如果不为null，将读取的一个线状道路要素的数据通过Maxscript提供的filterstring方法分割，得到该线状道路要素的模型建立参数X、Y、Z、path、angle、id；
步骤9)根据步骤8得到的线状道路要素的模型建立参数，使用3D Max脚本语言Maxscript导入path参数所指向的样本单元模型对象；
步骤10)使用Maxscript提供的对象选择符号$选中步骤9导入的样本单元模型，然后根据步骤8得到的模型建立参数中的X、Y、Z参数，去改变所选中样本单元模型的位置属性pos；根据模型建立参数angle，使用Maxscript脚本语言，将选中的样本单元模型进行旋转，使样本单元模型方向平行于道路方向；根据模型建立参数中的id参数，改变所选中样本单元模型的名称属性name；
步骤11)转步骤8进行下一组模型建立参数的处理；
步骤12)当所有的模型建立完成之后，使用Maxscript脚本语言提供的exportfile方法将已建立模型导出成obj。
2.根据权利要求1所述的线状道路要素自动化建模方法，其特征在于，步骤1中，所述道路中心线坐标点数据还包括采集的道路的名称，所述采用文本方式存储是指采用txt、csv、xlsx格式中的任意一种进行存储。
3.根据权利要求1所述的线状道路要素自动化建模方法，其特征在于，步骤3中，为了解决线状道路要素在弯道处单元模型的连接的问题，样本单元模型采用骨骼关节连接方式与其他的样本单元模型连接。
4.根据权利要求1所述的线状道路要素自动化建模方法，其特征在于，步骤3中，所述同一方向是指正北方。
5.根据权利要求1所述的线状道路要素自动化建模方法，其特征在于，步骤12之后还包括步骤：使用Maxscript提供的quitmax方法退出程序。
6.一种线状道路要素自动化建模装置，其特征在于，具有计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于实现如权利要求1-5任一项所述的线状道路要素自动化建模方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210723 Address after: 430000, 7th floor, Beidou building, 980 Gaoxin Avenue, Wuhan East Lake New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: HUBEI DIXIN TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd. Address before: 430000 Lu Mill Road, Hongshan District, Wuhan, Hubei Province, No. 388 Patentee before: CHINA University OF GEOSCIENCES (WUHAN CITY) |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An automatic modeling method and device for linear road elements Effective date of registration: 20220329 Granted publication date: 20210323 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUBEI DIXIN TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD. Registration number: Y2022420000086 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20210323 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUBEI DIXIN TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD. Registration number: Y2022420000086 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A method and device for automated modeling of linear road features Granted publication date: 20210323 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUBEI DIXIN TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD. Registration number: Y2024980009954 |