CN110659440B - 一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法，包括显示软硬件的架构和架构软硬件间的呈现，显示软硬件的架构包括服务器端、通信模块和浏览器，服务器端储存有基于3D场景的点云数据库及算法模型，通信模块内包含即显点云数据传输模块及角色镜头信息传输模块，通信模块与服务器端及浏览器之间均电性连接。本发明在运用的过程中具有传输数据的复杂度不依赖于场景的复杂度；浏览器只用缓存少部分数据，大量的数据和计算交由服务器完成的优点，有利于进行推广应用。

Description

一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法

技术领域

本发明涉及点云数据大场景技术领域，尤其涉及一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法。

背景技术

随着对于web和移动应用程序的需求快速增长，为系统和应用程序人员提供基于web的，交互式的访问大型虚拟3D场景变得至关重要，例如全景三维变电站，虚拟3D BIM工地等，一个基本的挑战受限于当前浏览器性能，随着3D模型的真实感和复杂程度的增加，常常导致浏览器卡顿甚至崩溃，虽然加速和压缩技术可以减少三维数据量，但大规模的点云数据任然难以在浏览器端显示。因此，我们将重点放在浏览器和服务器之间的通信上，这种通信独立于三维场景的复杂性，专注于当前用户浏览区域，达到在浏览器上的交互式和健壮的3D可视化，并以此提出了一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法，包括显示软硬件的架构和架构软硬件间的呈现，所述显示软硬件的架构包括服务器端、通信模块和浏览器，所述服务器端储存有基于3D场景的点云数据库及算法模型，所述通信模块内包含即显点云数据传输模块及角色镜头信息传输模块，所述通信模块与服务器端及浏览器之间均电性连接，所述通信模块内的即显点云数据传输模块分别与服务器端内的点云数据库及浏览器之间电性连接，所述通信模块内的角色镜头信息传输模块与服务器端内的算法模型及浏览器之间电性连接，且所述点云数据库与算法模型之间信号连接；所述架构软硬件间的呈现包括如下步骤：S1、所述浏览器将角色镜头信息通过角色镜头信息传输模块传输至服务器端的算法模型；S2、所述算法模型对接收的信息进行处理，并得到需要显示的数据的坐标；S3、在所述算法模型求出了所有需要显示的坐标点和相对应的细节层次后，所述服务器端会通过点云数据库会生成相应的数据，即为即显点云数据，S4、所述服务器端将点云数据库产生的即显点云数据通过通信模块内的即显点云数据传输模块传输至浏览器上通过浏览器进行即时显示；S5、所述浏览器在将需要显示的即显点云数据进行显示后，即刻对显示过的即显点云数据进行销毁，进而整个所述架构软硬件间的呈现完成。

优选的，所述浏览器在显示的过程中为冗余显示。

优选的，所述算法模型在构建及运算的过程中，包含一个以角色坐标为中点、视野最远距离为半径的半圆，假设角色坐标为(x,y)、视野最远距离为r、视野角度为β；针对含一个以角色坐标为中点、视野最远距离为半径的半圆，在进行完整显示整体细节的部分为视野和半圆交界部分的情况下，将整个半圆分为三个半圆，三个半圆的半径比例为1:3：5，三个半圆对应三个细节层次；

①、第一细节层次的所有坐标集的求解为：首先得到所有在第一半圆内的所有点：将原点(x,y)逐一增加，直到x≧x+1/5r、x≦x-1/5r；y≧y+1/5r、y≦y-1/5r,在这个范围内的所有点(a,b)满足

的即是在第一个半圆内；如果在半圆内的某个点(m,n)满足：

即能判定，这个点在第一个半圆中的中间阴影部分；

②、第二细节层次部分的所有坐标集包含第一个半圆内，不在第一细节层次的部分内容和第二个半圆内，满足与中等线夹角(即上部分(m,n)点坐标的判断条件)小于二分之一夹角的部分；

首先第一部分在第一个半圆内排出中间阴影部分剩余的坐标点就是了，即满足

的点(m,n)；

第二部分使用跟计算第一细节层次中间阴影部分的坐标一样的方式，先计算出第二个半圆的所有坐标集：(x,y)满足x≧x+3/5r、x≦x-3/5r；y≧y3/5r、y≦y-3/5r的所有点中，满足

的点(a,b),对坐标集中的每个点做判断，得到满足

的点(m,n)。这一部分的点，再减去第一细节层次中间阴影部分的点，就是在第二个半圆内的中间阴影部分的点的坐标集；

③、第三个细节层次直接半径r带入以上公式，得到整个半圆内的点的坐标集，再与第一细节层次，第二细节层次的坐标集求差集，剩下的就是第三个细节层次的坐标集。

本发明提出的一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法，有益效果在于：本方案将3D呈现的重点放在了用户当前交互场景的判断和数据的传输上，即时判断用户当前需要查看和交互的场景，实时的只将这部分场景展现在用户面前，对于其他非可见的场景数据，即时销毁，因此使得该方法具有传输数据的复杂度不依赖于场景的复杂度；浏览器只用缓存少部分数据，大量的数据和计算交由服务器完成的优点，进而有利于进行推广应用。

附图说明

图1为本发明提出的一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法的结构示意图；

图2为本发明提出的一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法的算法模型的映射图。

图中：服务器端1、点云数据库101、算法模型102、通信模块2、即显点云数据传输模块201、角色镜头信息传输模块202、浏览器3。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-2，一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法，包括显示软硬件的架构和架构软硬件间的呈现，显示软硬件的架构包括服务器端1、通信模块2和浏览器3，服务器端1储存有基于3D场景的点云数据库101及算法模型102，通信模块2内包含即显点云数据传输模块201及角色镜头信息传输模块202，通信模块2与服务器端1及浏览器3之间均电性连接，通信模块2内的即显点云数据传输模块201分别与服务器端1内的点云数据库101及浏览器3之间电性连接，通信模块2内的角色镜头信息传输模块202与服务器端1内的算法模型102及浏览器3之间电性连接，且点云数据库101与算法模型102之间信号连接。

架构软硬件间的呈现包括如下步骤：

S1、浏览器3将角色镜头信息通过角色镜头信息传输模块202传输至服务器端1的算法模型102。

S2、算法模型102对接收的信息进行处理，并得到需要显示的数据的坐标；

S3、在算法模型102求出了所有需要显示的坐标点和相对应的细节层次后，服务器端1会通过点云数据库101会生成相应的数据，即为即显点云数据；

S4、服务器端1将点云数据库101产生的即显点云数据通过通信模块2内的即显点云数据传输模块201传输至浏览器3上通过浏览器3进行即时显示。

S5、浏览器3在将需要显示的即显点云数据进行显示后，即刻对显示过的即显点云数据进行销毁，进而整个架构软硬件间的呈现完成。

由于浏览器3在显示的过程中为冗余显示；因此在忽略掉高度的情况下，算法模型102在构建及运算的过程中，仅包含数据坐标的范围是一个以角色坐标为中点、视野最远距离为半径的半圆，如图2：假设角色坐标为(x,y)、视野最远距离为r、视野角度为β；针对含一个以角色坐标为中点、视野最远距离为半径的半圆，在进行完整显示整体细节的部分为视野和半圆交界部分的情况下，将整个半圆分为三个半圆，三个半圆的半径比例为1:3：5，三个半圆对应三个细节层次；

①、第一细节层次的所有坐标集的求解为：首先得到所有在第一半圆内的所有点：将原点(x,y)逐一增加，直到x≧x+1/5r、x≦x-1/5r；y≧y+1/5r、y≦y-1/5r,在这个范围内的所有点(a,b)满足

的即是在第一个半圆内；如果在半圆内的某个点(m,n)满足：

即能判定，这个点在第一个半圆中的中间阴影部分；

②、第二细节层次部分的所有坐标集包含第一个半圆内，不在第一细节层次的部分内容和第二个半圆内，满足与中等线夹角(即上部分(m,n)点坐标的判断条件)小于二分之一夹角的部分；

首先第一部分在第一个半圆内排出中间阴影部分剩余的坐标点就是了，即满足

的点(m,n)；

第二部分使用跟计算第一细节层次中间阴影部分的坐标一样的方式，先计算出第二个半圆的所有坐标集：(x,y)满足x≧x+3/5r、x≦x-3/5r；y≧y3/5r、y≦y-3/5r的所有点中，满足

的点(a,b),对坐标集中的每个点做判断，得到满足

的点(m,n),这一部分的点，再减去第一细节层次中间阴影部分的点，就是在第二个半圆内的中间阴影部分的点的坐标集；

③、第三个细节层次直接半径r带入以上公式，得到整个半圆内的点的坐标集，再与第一细节层次，第二细节层次的坐标集求差集，剩下的就是第三个细节层次的坐标集。

由于不考虑高度，即显点云数据的同一个坐标点可能对应多个点云点，在第一细节层次中，将这些点全部完全显示，在第二细节层次中，将单个坐标点中包含的所有云点隔行删除，只显示1/2部分。在第三个细节层次中，将单个坐标点中包含的所有点云点隔两行删除，只显示1/3部分。

综上所述：本发明将3D呈现的重点放在了用户当前交互场景的判断和数据的传输上，即时判断用户当前需要查看和交互的场景，实时的只将这部分场景展现在用户面前，对于其他非可见的场景数据，即时销毁，因此使得该方法具有传输数据的复杂度不依赖于场景的复杂度；浏览器只用缓存少部分数据，大量的数据和计算交由服务器完成的优点，进而有利于进行推广应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法，包括显示软硬件的架构和架构软硬件间的呈现，其特征在于，所述显示软硬件的架构包括服务器端（1）、通信模块（2）和浏览器（3），所述服务器端（1）储存有基于3D场景的点云数据库（101）及算法模型（102），所述通信模块（2）内包含即显点云数据传输模块（201）及角色镜头信息传输模块（202），所述通信模块（2）与服务器端（1）及浏览器（3）之间均电性连接，所述通信模块（2）内的即显点云数据传输模块（201）分别与服务器端（1）内的点云数据库（101）及浏览器（3）之间电性连接，所述通信模块（2）内的角色镜头信息传输模块（202）与服务器端（1）内的算法模型（102）及浏览器（3）之间电性连接，且所述点云数据库（101）与算法模型（102）之间信号连接；

所述算法模型（102）在构建及运算的过程中，包含一个以角色坐标为中点、视野最远距离为半径的半圆，假设角色坐标为（x,y）、视野最远距离为 r、视野角度为β；针对含一个以角色坐标为中点、视野最远距离为半径的半圆，在进行完整显示整体细节的部分为视野和半圆交界部分的情况下，将整个半圆分为三个半圆，三个半圆的半径比例为1:3：5，三个半圆对应三个细节层次；

①、第一细节层次的所有坐标集的求解为：首先得到所有在第一半圆内的所有点： 将原点（x,y）逐一增加，直到x≧x+1/5r、x≦x-1/5r;y≧y+1/5r、y≦y-1/5r,在这个范围内的所有点（a,b）满足 ≦1/5r的即是在第一个半圆内；如果在半圆内的某个点（m,n）满足：，即能判定，这个点在第一个半圆中的中间阴影部分；

②、第二细节层次部分的所有坐标集包含第一个半圆内，不在第一细节层次的部分内容和第二个半圆内，满足与中等线夹角（即上部分（m,n）点坐标的判断条件）小于二分之一夹角的部分；

首先第一部分在第一个半圆内排出中间阴影部分剩余的坐标点就是了，即满足的点（m,n）；

第二部分使用跟计算第一细节层次中间阴影部分的坐标一样的方式，先计算出第二个半圆的所有坐标集： （x,y）满足 x≧x+3/5r、x≦x-3/5r;y≧y3/5r、y≦y-3/5r的所有点中，满足的点（a,b）,对坐标集中的每个点做判断，得到满足的点（m,n）,这一部分的点，再减去第一细节层次中间阴影部分的点，就是在第二个半圆内的中间阴影部分的点的坐标集；

③、第三个细节层次直接半径r带入公式，公式分别为：

a、x≧x+1/5r、x≦x-1/5r;y≧y+1/5r、y≦y-1/5r,首先将r带入判断第一细节层次的判断公式中得到坐标（a,b），并且(a,b)点还要满足≦1/5r，得到在第一半圆的坐标点；

b、x≧x+3/5r、x≦x-3/5r;y≧y3/5r、y≦y-3/5r，把r带入判断第二层次半圆判断公式且满足；

c、第三层次是满足以上a、b的所有点坐标，然后与第一层次坐标（满足a且满足公式：的坐标点）、第二层次坐标（满足b且满足公式和并与第一层次的坐标点得到的差集）的差集，剩下的就是第三个细节层次的坐标集；

所述架构软硬件间的呈现包括如下步骤：S1、所述浏览器（3）将角色镜头信息通过角色镜头信息传输模块（202）传输至服务器端（1）的算法模型（102）；

S2、所述算法模型（102）对接收的信息进行处理，并得到需要显示的数据的坐标；

S3、在所述算法模型（102）求出了所有需要显示的坐标点和相对应的细节层次后，所述服务器端（1）会通过点云数据库（101）会生成相应的数据，即为即显点云数据；

S4、所述服务器端（1）将点云数据库（101）产生的即显点云数据通过通信模块（2）内的即显点云数据传输模块（201）传输至浏览器（3）上通过浏览器（3）进行即时显示；

S5、所述浏览器（3）在将需要显示的即显点云数据进行显示后，即刻对显示过的即显点云数据进行销毁，进而整个所述架构软硬件间的呈现完成。

2.根据权利要求1所述的一种点云数据大场景的不同细节层次快速动态显示方法，其特征在于，所述浏览器（3）在显示的过程中为冗余显示。

Images