CN110689616B - 基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法，S1，获取输水渠道的参数数据；S2，生成输水渠道的虚拟映射模板；S3，通过地形系统表现输水渠道。本发明以数字地球平台为基础，提供了输水渠道所见即所得的构建方法，实现以参数化的方法在数字地球平台上快速生成具有真实表现力的输水渠道。本发明采用地形系统表现输水渠道，实现输水渠道与基础地形的天然无缝融合，更加符合实际，方便与植被系统结合从而更具真实感；并且充分利用了地形系统自适应动态加载的优势，不占用额外的系统资源，方便实现大规模调水场景的模拟。在实际应用中，只需存储输水渠道的参数，即可在实时加载过程中就可以完成生成过程，使得占用的存储空间极小。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程输水渠道参数化建模方法，尤其是涉及基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法。
背景技术
目前，对于输水渠道在三维数字地球中的模拟展示，普遍采用通用的三维建模方法，即通过3ds Max、Maya等三维建模软件进行手工建模，这种方法能够生成精细美观的三维模型，但是在后期集成到数字地球环境中时，会出现二维平面坐标与真实球面坐标不匹配、模型与地形融合效果差等问题，并且处理过程也较为复杂，效率很低，难以满足水利工程仿真系统的应用需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法，包括下述步骤：
S1，获取输水渠道的参数数据：
所述参数数据包括:输水渠道放样线数据、典型横断面数据、所述输水渠道放样线各节点与所述典型横断面的对应关系数据；
S1.1，输水渠道放样线数据由外部数据导入，或根据卫星影像直接在三维地球中绘制生成；
S1.2，典型横断面数据包括二维顶点坐标、绑定材质的数据，通过数值方式输入或通过二维矢量图方式输入；
S1.3，将输水渠道放样线的所述各节点分别绑定对应的典型横断面，通过设置默认典型横断面或默认规则的方式简化绑定过程；
S1.4，当某个节点未设置典型横断面时，它指向默认典型横断面或指向前一个节点的典型横断面；所述节点是指输水渠道典型横断面形态变化的节点；
S2，生成输水渠道的虚拟映射模板；
所述虚拟映射模板采用虚拟平面坐标系，并且不被主摄像头所渲染，仅作为内部计算的中间数据；具体步骤包括：
S2.1，由经度、纬度、高程为轴构建虚拟模板坐标系，根据给定的输水渠道参数进行放样计算，生成映射三维模型；
S2.2，将所述三维模型的Z值、材质ID编码为三维模型的顶点颜色，然后将三维模型本地坐标的Z值统一设为0，使三维模型平面化，即具有三维信息的二维模型；
S2.3，根据输水渠道生成先后顺序对映射模型进行排序，优先级越高，其高程坐标的Z值越高；
S3，通过地形系统表现输水渠道：
S3.1，构建专用于采集输水渠道信息的虚拟摄像头，将其渲染输出设置为一张256×256的RGB位图；
S3.2，在数字地球平台的地形动态加载过程中，每加载一个地形瓦片时，使用所述虚拟摄像头采集对应范围内的输水渠道信息，并将高程、材质纹理ID数据合并编码到图像的RGB通道中，得到输水渠道信息图像；
S3.3，将原始地形网格连同所述输水渠道信息图像一同上传至GPU；所述GPU对输水渠道信息图像进行解码，提取出高程数据和材质纹理数据，根据高程数据修改原始地形网格，使原始地形与输水渠道地形进行融合；根据材质纹理ID匹配材质，生成具有真实感的输水渠道地形。
所述S1中，一条所述输水渠道允许包含两条或多条放样线，如渠道两侧各一条放样线，以方便不对称输水渠道的建模。
本发明优点在于以数字地球平台为基础，提供了输水渠道所见即所得的构建方法，实现以参数化的方法在数字地球平台上快速生成具有真实表现力的输水渠道。本发明采用地形系统表现输水渠道，可以真正实现输水渠道与基础地形的天然无缝融合，更加符合实际，方便与植被系统结合从而更具真实感；并且充分利用了地形系统自适应动态加载的优势，不占用额外的系统资源，方便实现大规模调水场景的模拟。此外，在实际应用中，只需存储输水渠道的参数，即可在实时加载过程中就可以完成生成过程，使得占用的存储空间极小。
附图说明
图1是本发明方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明所述基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法，包括下述步骤：
S1，获取输水渠道的参数数据：
所述参数数据包括:输水渠道放样线数据、典型横断面数据、所述输水渠道放样线各节点与所述典型横断面的对应关系数据；一条所述输水渠道允许包含两条或多条放样线，如输水渠道两侧各设一条放样线，以方便不对称输水渠道的建模；
S1.1，输水渠道放样线数据由外部数据导入，例如KML、Shape等矢量数据，也可以根据卫星影像直接在三维地球中绘制生成；
S1.2，典型横断面数据包括二维顶点坐标、绑定材质的数据，通过数值方式输入或通过二维矢量图方式输入；
S1.3，将输水渠道放样线的所述各节点分别绑定对应的典型横断面，通过设置默认典型横断面或默认规则的方式简化绑定过程；
S1.4，当某个节点未设置典型横断面时，它指向默认典型横断面或指向前一个节点的典型横断面；所述节点是指输水渠道典型横断面形态变化的节点；
S2，生成输水渠道的虚拟映射模板；
所述虚拟映射模板采用虚拟平面坐标系，并且不被主摄像头所渲染，仅作为内部计算的中间数据；具体步骤包括：
S2.1，由经度、纬度、高程为轴构建虚拟模板坐标系，根据给定的输水渠道参数进行放样计算，生成映射三维模型；
S2.2，将所述三维模型的Z值、材质ID编码为三维模型的顶点颜色，然后将三维模型本地坐标的Z值统一设为0，使三维模型平面化，即具有三维信息的二维模型；
S2.3，根据输水渠道生成先后顺序对映射模型进行排序，优先级越高，其高程坐标的Z值越高；
S3，通过地形系统表现输水渠道：
S3.1，构建专用于采集输水渠道信息的虚拟摄像头，将其渲染输出设置为一张256×256的RGB位图；
S3.2，在数字地球平台的地形动态加载过程中，每加载一个地形瓦片时，使用所述虚拟摄像头采集对应范围内的输水渠道信息，并将高程、材质纹理ID数据合并编码到图像的RGB通道中，得到输水渠道信息图像；
S3.3，将原始地形网格连同所述输水渠道信息图像一同上传至GPU (图形处理器；英语:Graphics Processing Unit的缩写)；所述GPU对输水渠道信息图像进行解码，提取出高程数据和材质纹理数据，根据高程数据修改原始地形网格，使原始地形与输水渠道地形进行融合；根据材质纹理ID匹配材质，生成具有真实感的输水渠道地形。
Claims (2)
1.一种基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法，其特征在于：包括下述步骤：
S1，获取输水渠道的参数数据：
所述参数数据包括:输水渠道放样线数据、典型横断面数据、所述输水渠道放样线各节点与所述典型横断面的对应关系数据；
S1.1，输水渠道放样线数据由外部数据导入，或根据卫星影像直接在三维地球中绘制生成；
S1.2，典型横断面数据包括二维顶点坐标、绑定材质的数据，通过数值方式输入或通过二维矢量图方式输入；
S1.3，将输水渠道放样线的所述各节点分别绑定对应的典型横断面，通过设置默认典型横断面或默认规则的方式简化绑定过程；
S1.4，当某个节点未设置典型横断面时，它指向默认典型横断面或指向前一个节点的典型横断面；所述节点是指输水渠道典型横断面形态变化的节点；
S2，生成输水渠道的虚拟映射模板:
所述虚拟映射模板采用虚拟平面坐标系，并且不被主摄像头所渲染，仅作为内部计算的中间数据；具体步骤包括：
S2.1，由经度、纬度、高程为轴构建虚拟模板坐标系，根据给定的输水渠道参数进行放样计算，生成映射三维模型；
S2.2，将所述三维模型的Z值、材质ID编码为三维模型的顶点颜色，然后将三维模型本地坐标的Z值统一设为0，使三维模型平面化，即具有三维信息的二维模型；
S2.3，根据输水渠道生成先后顺序对映射模型进行排序，优先级越高，其高程坐标的Z值越高；
S3，通过地形系统表现输水渠道：
S3.1，构建专用于采集输水渠道信息的虚拟摄像头，将其渲染输出设置为一张256×256的RGB位图；
S3.2，在数字地球平台的地形动态加载过程中，每加载一个地形瓦片时，使用所述虚拟摄像头采集对应范围内的输水渠道信息，并将高程、材质纹理ID数据合并编码到图像的RGB通道中，得到输水渠道信息图像；
S3.3，将原始地形网格连同所述输水渠道信息图像一同上传至GPU；所述GPU对输水渠道信息图像进行解码，提取出高程数据和材质纹理数据，根据高程数据修改原始地形网格，使原始地形与输水渠道地形进行融合；根据材质纹理ID匹配材质，生成具有真实感的输水渠道地形。
2.根据权利要求1所述基于三维数字地球的输水渠道参数化建模方法，其特征在于：S1中，一条所述输水渠道允许包含两条或多条放样线，如渠道两侧各一条放样线，以方便不对称输水渠道的建模。
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