CN110415345B - 实现esri tin模型转换为obj三维模型的方法及系统 - Google Patents

实现esri tin模型转换为obj三维模型的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法及系统，方法包括：(1)读取地质的ESRI TIN模型数据，从中提取出所有节点，生成节点图层LayerPts；(2)基于节点图层LayerPts，构建二维节点K‑D树nodeKdTree；(3)从地质的ESRI TIN模型数据中提取出所有三角面，生成三角面图层LayerTris；(4)根据用户指定OBJ文件的名称和存储位置，创建空的OBJ文件；(5)遍历节点图层LayerPts中所有节点，将每个节点的横坐标、纵坐标和高程信息按照OBJ文件顶点格式规范写入创建的OBJ文件中；(6)遍历三角面图层LayerTris中所有三角面，并根据K‑D树nodeKdTree，查询每一个三角面的3个端点的索引值，将其写入创建的OBJ文件中，此时的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。本发明转换准确率高，复杂度低。

Description

实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法及系统
技术领域
本发明涉地理信息技术，尤其涉及一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法及系统。
背景技术
不规则三角网(Triangulated Irregular Network，TIN)模型是城市空间三维地质建模的一种重要数据源，也是地理空间信息的重要表达方法之一，在三维地质建模中常常在此模型的基础上去构建体模型。地质TIN模型的数据格式有多种，其中以ESRI TIN数据模型格式最为常见。但目前支持ESRI TIN模型进行裁剪、缝合和拼接等空间操作的软件较少，难以满足实际需求。
而OBJ模型适合用于3D软件模型之间的互导(Alias Wavefront公司开发的一种标准3D模型文件格式)，目前几乎所有知名的3D软件如3DS Max、Maya和Sketch Up等都支持OBJ文件的读写，这些3D软件都较好的支持了模型的编辑、渲染等操作。因此，可将ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型，以实现上述空间操作，但是目前尚缺乏有效的模型转换方法。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法及系统，可以实现ESRI TIN到OBJ的自动转换。
技术方案：本发明所述的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法包括：
(1)读取地质的ESRI TIN模型数据，从中提取出所有节点，生成节点图层LayerPts；
(2)基于节点图层LayerPts，构建二维节点K-D树nodeKdTree；
(3)从地质的ESRI TIN模型数据中提取出所有三角面，生成三角面图层LayerTris；
(4)根据用户指定OBJ文件的名称和存储位置，创建空的OBJ文件；
(5)遍历节点图层LayerPts中所有节点，将每个节点的横坐标、纵坐标和高程信息按照OBJ文件顶点格式规范写入创建的OBJ文件中；
(6)遍历三角面图层LayerTris中所有三角面，并根据K-D树nodeKdTree，查询每一个三角面的3个端点的索引值，将其写入创建的OBJ文件中，此时的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
进一步的，步骤(2)具体包括：
(2-1)遍历节点图层LayerPts中所有的节点，并将其保存至节点数据集合Points；
(2-2)利用K-D树构建方法，以节点数据集合Points中所有节点的横纵坐标作为空间分割依据，以节点的横纵坐标和索引值作为K-D树节点的数据项，构建二维节点K-D树，生成二维节点K-D树nodeKdTree。
进一步的，步骤(5)中将节点信息写入创建的OBJ文件中的具体格式为：一行写入一个节点信息，包括从前到后写入的字符v、该节点横坐标x、该节点纵坐标y和该节点高程z[w]，其中，w为可选项，表示颜色值，其范围为0到1.0，默认值为1.0。
进一步的，步骤(6)具体包括：
(6-1)读取三角面图层LayerTris；
(6-2)读取LayerTris中的任意一个三角面Trii，将三角面Trii的3个端点保存至三角面端点集合EdgePonintsi＝{epj|j＝1,2,3}，epj表示集合中第j个端点；
(6-3)对于端点集合EdgePonintsi中每一端点，根据二维节点K-D树nodeKdTree，利用KNN算法，查询nodeKdTree中横纵坐标与该端点的横纵坐标相同的树节点，获取其索引值并保存至索引值集合Indexi＝{idxk|k＝1,2,3}，idxk表示集合中第k个索引值；
(6-4)按照OBJ文件几何面格式规范，将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件中；
(6-5)重复步骤(6-2)至步骤(6-4)，直至处理完所有三角面；
(6-6)信息写入完成后的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
进一步的，步骤(6-4)中将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件的具体格式为：一行写入一个三角面信息，包括从前到后写入的字符f、第一个端点索引值、第二个端点索引值和第三个端点索引值。
本发明所述的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的系统包括：
节点图层生成模块，用于读取地质的ESRI TIN模型数据，从中提取出所有节点，生成节点图层LayerPts；
K-D树构建模块，用于基于节点图层LayerPts，构建二维节点K-D树nodeKdTree；
三角面图层生成模块，用于从地质的ESRI TIN模型数据中提取出所有三角面，生成三角面图层LayerTris；
OBJ文件创建模块，用于根据用户指定OBJ文件的名称和存储位置，创建空的OBJ文件；
顶点信息写入模块，用于遍历节点图层LayerPts中所有节点，将每个节点的横坐标、纵坐标和高程信息按照OBJ文件顶点格式规范写入创建的OBJ文件中；
三角面信息写入模块，用于遍历三角面图层LayerTris中所有三角面，并根据K-D树nodeKdTree，查询每一个三角面的3个端点的索引值，将其写入创建的OBJ文件中，此时的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
进一步的，所述K-D树构建模块具体包括：
节点提取单元，用于遍历节点图层LayerPts中所有的节点，并将其保存至节点数据集合Points；
K-D树生成单元，用于利用K-D树构建方法，以节点数据集合Points中所有节点的横纵坐标作为空间分割依据，以节点的横纵坐标和索引值作为K-D树节点的数据项，生成二维节点K-D树nodeKdTree。
进一步的，所述顶点信息写入模块中将节点信息写入创建的OBJ文件中的具体格式为：一行写入一个节点信息，包括从前到后写入的字符v、该节点横坐标x、该节点纵坐标y和该节点高程z[w]，其中，w为可选项，表示颜色值，其范围为0到1.0，默认值为1.0。
进一步的，所述三角面信息写入模块执行的步骤具体包括：
(6-1)读取三角面图层LayerTris；
(6-2)读取LayerTris中的任意一个三角面Trii，将三角面Trii的3个端点保存至三角面端点集合EdgePonintsi＝{epj|j＝1,2,3}，epj表示集合中第j个端点；
(6-3)对于端点集合EdgePonintsi中每一端点，根据二维节点K-D树nodeKdTree，利用KNN算法，查询nodeKdTree中横纵坐标与该端点的横纵坐标相同的树节点，获取其索引值并保存至索引值集合Indexi＝{idxk|k＝1,2,3}，idxk表示集合中第k个索引值；
(6-4)按照OBJ文件几何面格式规范，将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件中；
(6-5)重复步骤(6-2)至步骤(6-4)，直至处理完所有三角面；
(6-6)信息写入完成后的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
进一步的，所述三角面信息写入模块将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件的具体格式为：一行写入一个三角面信息，包括从前到后写入的字符f、第一个端点索引值、第二个端点索引值和第三个端点索引值。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明提供一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法及系统，可以实现ESRI TIN到OBJ的自动转换该方法不仅能够准确有效的实现数据格式的转换，并且算法复杂度低。
附图说明
图1是本发明提供的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法的流程示意图；
图2是南京仙林某区域ESRI TIN模型图；
图3为节点图层LayerPts图；
图4为三角面图层LayerTris图；
图5为OBJ文件中的顶点数据内容图；
图6为OBJ文件中的三角面数据内容图；
图7为本发明实施例生成的OBJ三维模型图。
具体实施方式
本实施例提供了一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法，具体流程如图1所示，本实施例以南京仙林某区域ESRI TIN模型(图2)作为源数据进行处理，包括以下步骤：
(1)读取地质的ESRI TIN模型数据，从中提取出所有节点，生成节点图层LayerPts。
其中，提取节点时采用ArcGIS Engine调用ArcGIS ToolBox中的TIN Node工具。本实施例中，提取了ESRI TIN模型中所有的节点，得到节点图层LayerPts(图3)，该图层含有12086个点要素。
(2)基于节点图层LayerPts，构建二维节点K-D树nodeKdTree。
该步骤具体包括：
(2-1)遍历节点图层LayerPts中所有的节点，并将其保存至节点数据集合Points；本实施例中，节点数据集合Points共12086个节点数据；
(2-2)利用K-D树构建方法(参见Finley,A.O.,McRoberts,R.E.2008.Efficientk-nearest neighbor searches for multi-source forest attribute mapping.RemoteSensing of Environment,112(5),2203-2211)，以节点数据集合Points中所有节点的横纵坐标作为空间分割依据，以节点的横纵坐标和索引值作为K-D树节点的数据项，构建二维节点K-D树，生成二维节点K-D树nodeKdTree。
(3)从地质的ESRI TIN模型数据中提取出所有三角面，生成三角面图层LayerTris。
其中，三角面提取采用ArcGIS Engine调用ArcGIS ToolBox中的TIN Triangle工具，本实施例中得到的三角面图层LayerTris如图4所示，该图层含有21244个三角面要素。
(4)根据用户指定OBJ文件的名称和存储位置，创建空的OBJ文件。本实施例中，在系统盘目录下创建了文件名称为“TIN2OBJ”的OBJ文件。
(5)遍历节点图层LayerPts中所有节点，将每个节点的横坐标、纵坐标和高程信息按照OBJ文件顶点格式规范写入创建的OBJ文件中。
具体的，将节点信息写入创建的OBJ文件中的具体格式为：一行写入一个节点信息，包括从前到后写入的字符v、该节点横坐标x、该节点纵坐标y和该节点高程z[w]，其中，w为可选项，表示颜色值，其范围为0到1.0，默认值为1.0。例如，某节点横坐标为142971.870117188，纵坐标为152995.910095215，高程为0，无颜色值，则可以写入数据“v142971.870117188 152995.910095215 0”，本实施例中，将节点数据集合Points中的12086个点的坐标信息写入了OBJ文件中，如图5所示。
(6)遍历三角面图层LayerTris中所有三角面，并根据K-D树nodeKdTree，查询每一个三角面的3个端点的索引值，将其写入创建的OBJ文件中，此时的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
该步骤具体包括：
(6-1)读取三角面图层LayerTris；
(6-2)读取LayerTris中的任意一个三角面Trii，将三角面Trii的3个端点保存至三角面端点集合EdgePonintsi＝{epj|j＝1,2,3}，epj表示集合中第j个端点；
(6-3)对于端点集合EdgePonintsi中每一端点，根据二维节点K-D树nodeKdTree，利用KNN(K-Nearest Neighbor)算法，查询nodeKdTree中横纵坐标与该端点的横纵坐标相同的树节点，获取其索引值并保存至索引值集合Indexi＝{idxk|k＝1,2,3}，idxk表示集合中第k个索引值；
(6-4)按照OBJ文件几何面格式规范，将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件中；具体格式为：一行写入一个三角面信息，包括从前到后写入的字符f、第一个端点索引值、第二个端点索引值和第三个端点索引值；例如，某三角面三个端点索引值为3、2、1，则可以写入数据“f 3 2 1”；
(6-5)重复步骤(6-2)至步骤(6-4)，直至处理完所有三角面；
(6-6)信息写入完成后的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
本实施例中，将三角面图层LayerTris中的21244个三角面的顶点索引信息写入了OBJ文件中，如图6所示。最终实现ESRI TIN模型向OBJ三维模型的自动转换，其OBJ三维模型在三维软件Blend2.8系统中的效果如图7所示。
本实施例还提供了一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的系统，该系统与上述方法一一对应，具体包括：
节点图层生成模块，用于读取地质的ESRI TIN模型数据，从中提取出所有节点，生成节点图层LayerPts；
K-D树构建模块，用于基于节点图层LayerPts，构建二维节点K-D树nodeKdTree；
三角面图层生成模块，用于从地质的ESRI TIN模型数据中提取出所有三角面，生成三角面图层LayerTris；
OBJ文件创建模块，用于根据用户指定OBJ文件的名称和存储位置，创建空的OBJ文件；
顶点信息写入模块，用于遍历节点图层LayerPts中所有节点，将每个节点的横坐标、纵坐标和高程信息按照OBJ文件顶点格式规范写入创建的OBJ文件中；具体格式为：一行写入一个节点信息，包括从前到后写入的字符v、该节点横坐标x、该节点纵坐标y和该节点高程z[w]，其中，w为可选项，表示颜色值，其范围为0到1.0，默认值为1.0；
三角面信息写入模块，用于遍历三角面图层LayerTris中所有三角面，并根据K-D树nodeKdTree，查询每一个三角面的3个端点的索引值，将其写入创建的OBJ文件中，此时的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
其中，所述K-D树构建模块具体包括：
节点提取单元，用于遍历节点图层LayerPts中所有的节点，并将其保存至节点数据集合Points；
K-D树生成单元，用于利用K-D树构建方法，以节点数据集合Points中所有节点的横纵坐标作为空间分割依据，以节点的横纵坐标和索引值作为K-D树节点的数据项，生成二维节点K-D树nodeKdTree。
其中，所述顶点信息写入模块中将节点信息写入创建的OBJ文件中的其中，所述三角面信息写入模块执行的步骤具体包括：
(6-1)读取三角面图层LayerTris；
(6-2)读取LayerTris中的任意一个三角面Trii，将三角面Trii的3个端点保存至三角面端点集合EdgePonintsi＝{epj|j＝1,2,3}，epj表示集合中第j个端点；
(6-3)对于端点集合EdgePonintsi中每一端点，根据二维节点K-D树nodeKdTree，利用KNN算法，查询nodeKdTree中横纵坐标与该端点的横纵坐标相同的树节点，获取其索引值并保存至索引值集合Indexi＝{idxk|k＝1,2,3}，idxk表示集合中第k个索引值；
(6-4)按照OBJ文件几何面格式规范，将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件中；具体格式为：一行写入一个三角面信息，包括从前到后写入的字符f、第一个端点索引值、第二个端点索引值和第三个端点索引值；
(6-5)重复步骤(6-2)至步骤(6-4)，直至处理完所有三角面；
(6-6)信息写入完成后的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于包括：
(1)读取地质的ESRI TIN模型数据，从中提取出所有节点，生成节点图层LayerPts；
(2)基于节点图层LayerPts，构建二维节点K-D树nodeKdTree；
(3)从地质的ESRI TIN模型数据中提取出所有三角面，生成三角面图层LayerTris；
(4)根据用户指定OBJ文件的名称和存储位置，创建空的OBJ文件；
(5)遍历节点图层LayerPts中所有节点，将每个节点的横坐标、纵坐标和高程信息按照OBJ文件顶点格式规范写入创建的OBJ文件中；
(6)遍历三角面图层LayerTris中所有三角面，并根据K-D树nodeKdTree，查询每一个三角面的3个端点的索引值，将其写入创建的OBJ文件中，此时的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据，具体包括：
(6-1)读取三角面图层LayerTris；
(6-2)读取LayerTris中的任意一个三角面Trii，将三角面Trii的3个端点保存至三角面端点集合EdgePonintsi＝{epj|j＝1,2,3}，epj表示集合中第j个端点；
(6-3)对于端点集合EdgePonintsi中每一端点，根据二维节点K-D树nodeKdTree，利用KNN算法，查询nodeKdTree中横纵坐标与该端点的横纵坐标相同的树节点，获取其索引值并保存至索引值集合Indexi＝{idxk|k＝1,2,3}，idxk表示集合中第k个索引值；
(6-4)按照OBJ文件几何面格式规范，将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件中；
(6-5)重复步骤(6-2)至步骤(6-4)，直至处理完所有三角面；
(6-6)信息写入完成后的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
2.根据权利要求1所述的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于：步骤(2)具体包括：
(2-1)遍历节点图层LayerPts中所有的节点，并将其保存至节点数据集合Points；
(2-2)利用K-D树构建方法，以节点数据集合Points中所有节点的横纵坐标作为空间分割依据，以节点的横纵坐标和索引值作为K-D树节点的数据项，构建二维节点K-D树，生成二维节点K-D树nodeKdTree。
3.根据权利要求1所述的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于：步骤(5)中将节点信息写入创建的OBJ文件中的具体格式为：
一行写入一个节点信息，包括从前到后写入的字符v、该节点横坐标x、该节点纵坐标y和该节点高程z[w]，其中，w为可选项，表示颜色值，其范围为0到1.0，默认值为1.0。
4.根据权利要求1所述的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于：步骤(6-4)中将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件的具体格式为：
一行写入一个三角面信息，包括从前到后写入的字符f、第一个端点索引值、第二个端点索引值和第三个端点索引值。
5.一种实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的系统，其特征在于包括：
节点图层生成模块，用于读取地质的ESRI TIN模型数据，从中提取出所有节点，生成节点图层LayerPts；
K-D树构建模块，用于基于节点图层LayerPts，构建二维节点K-D树nodeKdTree；
三角面图层生成模块，用于从地质的ESRI TIN模型数据中提取出所有三角面，生成三角面图层LayerTris；
OBJ文件创建模块，用于根据用户指定OBJ文件的名称和存储位置，创建空的OBJ文件；
顶点信息写入模块，用于遍历节点图层LayerPts中所有节点，将每个节点的横坐标、纵坐标和高程信息按照OBJ文件顶点格式规范写入创建的OBJ文件中；
三角面信息写入模块，用于遍历三角面图层LayerTris中所有三角面，并根据K-D树nodeKdTree，查询每一个三角面的3个端点的索引值，将其写入创建的OBJ文件中，此时的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据，具体包括：
(6-1)读取三角面图层LayerTris；
(6-2)读取LayerTris中的任意一个三角面Trii，将三角面Trii的3个端点保存至三角面端点集合EdgePonintsi＝{epj|j＝1,2,3}，epj表示集合中第j个端点；
(6-3)对于端点集合EdgePonintsi中每一端点，根据二维节点K-D树nodeKdTree，利用KNN算法，查询nodeKdTree中横纵坐标与该端点的横纵坐标相同的树节点，获取其索引值并保存至索引值集合Indexi＝{idxk|k＝1,2,3}，idxk表示集合中第k个索引值；
(6-4)按照OBJ文件几何面格式规范，将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件中；
(6-5)重复步骤(6-2)至步骤(6-4)，直至处理完所有三角面；
(6-6)信息写入完成后的OBJ文件即为转换得到的OBJ三维模型数据。
6.根据权利要求5所述的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的系统，其特征在于：所述K-D树构建模块具体包括：
节点提取单元，用于遍历节点图层LayerPts中所有的节点，并将其保存至节点数据集合Points；
K-D树生成单元，用于利用K-D树构建方法，以节点数据集合Points中所有节点的横纵坐标作为空间分割依据，以节点的横纵坐标和索引值作为K-D树节点的数据项，生成二维节点K-D树nodeKdTree。
7.根据权利要求5所述的实现ESRI TIN模型转换为OBJ三维模型的系统，其特征在于：所述顶点信息写入模块中将节点信息写入创建的OBJ文件中的具体格式为：
一行写入一个节点信息，包括从前到后写入的字符v、该节点横坐标x、该节点纵坐标y和该节点高程z[w]，其中，w为可选项，表示颜色值，其范围为0到1.0，默认值为1.0。
8.根据权利要求5所述的实现ESRITIN模型转换为OBJ三维模型的系统，其特征在于：所述三角面信息写入模块将三角面Trii的3个端点的索引值写入OBJ文件的具体格式为：
一行写入一个三角面信息，包括从前到后写入的字符f、第一个端点索引值、第二个端点索引值和第三个端点索引值。
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