CN111127649B

CN111127649B - 构建三维体块模型的方法及装置、服务器

Info

Publication number: CN111127649B
Application number: CN201911391614.6A
Authority: CN
Inventors: 何兴富; 薛梅; 向泽君; 王国牛; 詹勇; 李锋; 陈�光; 唐相桢; 蓝图; 邱月; 胡章杰; 陈静
Original assignee: Chongqing Survey Institute
Current assignee: Chongqing Institute Of Surveying And Mapping Science And Technology Chongqing Map Compilation Center
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN111127649A

Abstract

本申请属于三维数据处理技术领域，涉及一种构建三维体块模型的方法，该方法包括：根据矢量面数据，获得初始三角网集合；将所述初始三角网集合进行高程映射获得空间三角网；根据所述空间三角网获得三维体块模型。该方法能够根据矢量面数据获得初始三角网集合，并对初始三角网集合进行加密，根据加密三角网集合得到三维体块模型，提高了三维体块模型的展示效果，更提升了模型加载效率。还公开了一种矢量面数据构建三维体块模型的装置及服务器。

Description

构建三维体块模型的方法及装置、服务器

技术领域

本申请涉及三维数据处理技术领域，例如涉及一种构建三维体块模型的方法及装置、服务器。

背景技术

在三维数字城市建设和应用工作中，在三维场景中叠加二维矢量要素一直是非常常规的需求，可以很好的结合二三维一体化展示的特色，对规划、建设、管理等内容进行直观展示。目前，三维场景的应用逐渐从城市转向广大的未开发区域，尤其是对自然资源的三维建模、监测和管理，更是对山、水、林、田、湖、草等自然对象进行三维表达和分析，传统将矢量贴合到地形或构建简单体块的模式都难以满足应用流程场景的需求。

长期以来，要在三维场景中叠加矢量要素进行展示，主要有两种形：

1.直接将矢量面贴合到地形表面上，并对矢量面的面和边线赋予不同的颜色和透明度；该种方式几乎不需要数据处理工作，其表现形式与二维地图中看到的几乎一致，其问题主要有：一是当地表存在构造复杂、起伏剧烈等(如城市区域)情况时，贴地的面看起来非常破碎；二是无法利用三维模型的LOD等特性提升加载效率，当矢量数据量大时，会严重影响三维场景的加载和渲染效率。

2.对矢量面进行拉伸，形成一个简单的体块模型，并对体块模型赋色或贴图，进行立体展示。该种方式从一定程度上解决了贴地展示存在的两个问题，尤其是可以构建LOD，可以对大范围数据进行加载和展示，其主要问题是：当矢量面范围较大时，由于使用统一拉伸的高度，即模型的底面是平的，要么体块模型的底面会下沉到其他模型下方，要么体块模型相对其他区域高出较多，导致体块模型看起来是漂浮的，对展示效果影响较大，尤其在对自然资源(如一片森林)的展示时几乎不能使用。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种矢量面数据构建三维体块模型的方法及装置、服务器，以解决在三维场景中叠加二维矢量要素时，三维体块模型展示效果差，模型加载速率低的及时问题。

在一些实施例中，所述构建三维体块模型的方法包括：

根据矢量面数据，获得初始三角网集合；

将所述初始三角网集合进行高程映射获得空间三角网；

根据所述空间三角网获得三维体块模型。

在一些实施例中，所述构建三维体块模型的装置包括：处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如上述的构建三维体块模型的方法。

在一些实施例中，所述服务器包括：如上述的构建三维体块模型的装置。

本公开实施例提供的构建三维体块模型的方法、装置和服务器，可以实现以下技术效果：能够根据矢量面数据获得初始三角网集合，并对初始三角网集合进行加密，根据加密三角网集合得到三维体块模型，提高了三维体块模型的展示效果，更提升了模型加载效率。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的矢量面数据构建三维体块模型的方法流程图；

图2是本公开实施例提供的矢量面数据构建三维体块模型的装置结构示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

结合如图1所示，本公开实施例提供了一种构建三维体块模型的方法，包括：

步骤S101.根据矢量面数据，获得初始三角网集合；

步骤S102.将初始三角网集合进行高程映射获得空间三角网；

步骤S103.根据空间三角网获得三维体块模型。

采用上述矢量面数据构建三维体块模型的方法，能够提高三维体块模型的展示效果，更提升模型加载效率。

可选地，构建体块模型信息BMP{H,Lmax,Color,Texture}，其中，H为预设高程值，即三维体块模型的高，L_max为预设边长，即三维体块模型内部三角形的最大边长，Color为预设颜色，即三维体块模型三角面和边的颜色，Texture为预设纹理贴图，即三维体块模型的纹理贴图。

可选地，根据矢量面数据，获得初始三角网集合，包括：对矢量面数据进行三角剖分法处理，获得初始三角网集合。

可选地，对矢量面，利用Delaunay三角剖分法构建三角网，得到初始三角网集合TS{T_i}，其中T_i为一个三角形，i为大于0的整数。

可选地，矢量面数据构建三维体块模型的方法，还包括：对初始三角网集合进行加密，得到第一三角网集合，即加密三角网集合TD。

可选地，对初始三角网集合进行加密，包括：将初始三角网集合中的三角形一分为二，得到第一三角网集合。

可选地，将初始三角网集合中的三角形一分为二，包括：将初始三角网集合中的各三角形的最长边的中点与该三角形最长边对应的顶点进行连接。

可选地，从初始三角网集合TS中取第i个三角形T_i{P_i1,P_i2,P_i3}，其中，P_i1、P_i2、P_i3分别为该三角形的三个项点；

可选地，计算三角形T_i三条边E_pi1pi2、E_pi2pi3和E_pi3pi1的长度，分别为L_t1、L_t2和L_t3。

依次判断三角形T_i的三条边长L_t1、L_t2和L_t3是否大于预设边长L_max；

如果是，即当三角形T_i的三条边长中至少一条边长大于预设边长时，则将三角形T_i的最长边，即L_t1、L_t2、L_t3中最大的值对应的边的中点P_c与该最长边对应的顶点进行连接，将三角形T_i分为两个三角形T_ia和T_ib，将三角形T_ia和三角形T_ib加入到初始三角网集合TS中，并从初始三角网集合中删掉三角形T_i；

如果否，即当三角形T_i的三条边长小于或等于预设边长L_max时，则将三角形T_i加入到加密三角网集合TD中，并从初始三角网集合中删掉三角形T_i；

判断初始三角网集合TS是否变为空集，在初始三角网集合为空集的情况下，得到加密三角网集合TD{T_j}；在初始三角网集合不为空集的情况下，继续选取初始三角网集合中的三角形，按照上述方法对边长大于预设边长L_max的三角形进行剖分，直到初始三角集合为空集。

其中，i、j均为正整数，T_j为加密三角网集合中的第j个三角形。

在一些实施例中，对初始三角网集合中三角形的边长大于预设边长的三角形按最长边剖分的方法进行剖分。可选地，也可以采用按角平分线剖分等其他剖分方法对初始三角网集合中三角形的边长大于预设边长的三角形进行剖分。

可选地，从加密三角网集合TD中取出各个三角形T_j，对T_j的三个顶点P_j1、P_j2、P_j3，通过矢量面数据对应区域的数字高程模型，得到顶点P_j1、P_j2、P_j3位置处的高程分别为z_j1、z_j2、z_j3，从而得到三角形T_j的空间坐标P_j1(x_j1,y_j1,z_j1)、P_j2(x_j2,y_j2,z_j2)和P_j3(x_j3,y_j3,z_j3)。

可选地，对于获取各三角形T_j各顶点的高，除了最常见的数字高程模型数据外，还可以通过倾斜摄影三维模型、三维仿真模型、激光点云等数据，得到顶点P_j1、P_j2、P_j3位置处的高程。

可选地，提取矢量面的轮廓线L₁，并对L₁上的所有顶点设置高程值为0；

可选地，将第一三角网集合中各三角形T_j的各顶点投影到平面上，当投影点在矢量面的轮廓线L₁上时，则在轮廓线L₁上的投影点处插入顶点；

可选地，从第一三角网集合中依次取出三角形T_j，依次判断T_j的三个顶点P_v在xy平面上的投影点P_vj(x,y)在是否在轮廓线线L₁上，如果在，对L₁在P_vj的位置插入一个顶点P_ist，并设P_ist的坐标x,y,z值与顶点P_v相同；如果不在，则继续从第一三角网集合中取下一个三角形进行处理，直到第一三角网集合中的三角形都处理完毕；

对于轮廓线线L₁，如果其首、尾点位置不重合，则复制其第一个顶点的坐标值到最后一个顶点处，使轮廓线L₁的顶点闭合；

对轮廓线L₁进行复制，得到复制轮廓线L₂；

对复制轮廓线L₂上的每个顶点的高程加上预设高程值H；

依次取轮廓线L₁上连续的两个顶点P_L1k、P_L1(k+1)和复制轮廓线L₂上连续的两个顶点P_L2k、P_L2(k+1)，构建第一三角形T_A{P_L1k、P_L1(k+1)、P_L2k}、第二三角形T_B{P_L1(k+1)、P_L2k、P_L2(k+1)}，并将第一三角形T_A{P_L1k、P_L1(k+1)、P_L2k}和第二三角形T_B{P_L1(k+1)、P_L2k、P_L2(k+1)}加入到第一三角网集合中得到第二三角网集合；

对第二三角网集合中的各三角形T_c进行复制，得到复制后的第三三角形T_c′，将第三三角形T_c′的顶点的高程加上预设高程值H；然后将第三三角形T_c′合并到第二三角网集合中，得到第三三角网集合；

对第三三角网集合中所有的三角形设置预设颜色和预设纹理贴图，得到三维体块模型；

其中，k为轮廓线上的顶点序号，k小于轮廓线L₁的顶点数量，j、k、c均为正整数。

可选地，依次取轮廓线L₁和复制轮廓线L2上连续的两个顶点P_L2k、P_L2(k+1)，构建第一三角形T_A{P_L1k、P_L1(k+1)、P_L2k}、第二三角形T_B{P_L1(k+1)、P_L2k、P_L2(k+1)}，并将第一三角形T_A{P_L1k、P_L1(k+1)、P_L2k}和第二三角形T_B{P_L1(k+1)、P_L2k、P_L2(k+1)}加入到加密三角网集合TD中，其中k为轮廓线上的顶点序号，k小于轮廓线L₁的顶点数量。

可选地，构建一个新的集合Tt，对加密三角网集合TD中的所有三角形，复制得到T_c，并对T_c的所有顶点高程加上预设高程值H，然后将T_c添加到集合Tt中。

可选地，合并Tt中的三角形到加密三角网集合TD中，然后根据体块模型信息BMP，设置其颜色和贴图信息，从而得到矢量面对应的三维体块模型BModel。

可选地，投影点在矢量面的轮廓线上，包括：

当投影点与矢量面的轮廓线L₁的距离小于第一设定阈值时，则投影点在矢量面的轮廓线L₁上。可选地，第一设定阈值为0.01。

可选地，轮廓线L₁的首、尾点的位置不重合，包括：当轮廓线L₁上的第一个顶点与最后一个顶点的距离大于或等于第二设定阈值时，则轮廓线L₁上的第一个顶点与最后一个顶点的位置不重合。可选地，第二设定阈值为0.01。

可选地，对构建获得的三维体块模型BModel，根据使用需求输出为OBJ、OSG等通过三维模型格式。

可选地，判断三角形的顶点P_v在xy平面上的投影点P_vj(x,y)在是否在轮廓线L₁上，可以通过计算P_vj(x,y)到轮廓线的距离Dis，由于三角形是从由轮廓线L₁上的点构建的，当三角形与轮廓线L₁有重叠时，Dis应该为0，考虑计算误差，当Dis<0.01时可以判定为点P_vj(x,y)在轮廓线L₁上。同样,判断轮廓线L₁的首尾点是否重合，是指判断两个点的坐标值x、y、z值是否完全一样，考虑误差，即首尾点的空间距离小于0.01即可。

采用上述实施例的矢量面数据构建三维体块模型的方法，能够通过对矢量面进行三角剖分，并对剖分后所有三角形的每个顶点都取其地面高程，然后再根据给定的高度进行拉伸，得到一个较为复杂的三维体块模型，很好的解决了简单拉伸得到的体块模型与地形起伏无关，展示效果不好的问题。利用三维体块模型可以构建不同细节层次(Level ofDetail，LOD)，可以极大提升模型的加载效率，从而解决直接将矢量面数据贴合到地形上，当数据量大时效率低下的问题。上述实施例提供的三维体块模型构建方法，自动构建过程，不仅提高了大范围、大数据量矢量面数据加载的效率和效果，还可以进一步利用三维体运算等手段，在分析工作中对体块模型进行裁切、分析，对于计算面积、体积等量化分析提供较好的数据支撑。

本公开实施例提供了一种矢量面数据构建三维体块模型的装置，其结构如图2所示，包括：处理器(processor)100和存储有程序指令的存储器(memory)101，还可以包括通信接口(Communication Interface)102和总线103。其中，处理器100、通信接口102、存储器101可以通过总线103完成相互间的通信。通信接口102可以用于信息传输。处理器100可以调用存储器101中的程序指令，以执行上述实施例的矢量面数据构建三维体块模型的方法。

此外，上述的存储器101中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器101作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器100通过运行存储在存储器101中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的矢量面数据构建三维体块模型的方法。

存储器101可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器101可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。

采用上述实施例的矢量面数据构建三维体块模型的装置，能够自动对矢量面进行三角剖分，并根据给定的高程数据映射各顶点高程，形成空间三维体块模型，解决在三维地理环境中，只能通过把矢量面叠加到地形上进行展示，没有立体展示效果，无法体现各种表达对象在空间高度等方面特性的缺点；能够广泛应用于三维数字城市建设中各种矢量数据的叠加、分析成果空间可视化、专题统计数据空间表达等领域中等领域中，为解决二维矢量数据的立体化表达提供有效支撑。

本公开实施例提供了一种服务器，包含上述的矢量面数据构建三维体块模型的装置。该装置能够根据矢量面数据获得初始三角网集合，并对初始三角网集合进行加密，根据加密三角网集合得到三维体块模型，提高了展示效果，更提升了模型加载效率。

本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行上述矢量面数据构建三维体块模型的方法。

本公开实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述矢量面数据构建三维体块模型的方法。

上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。

本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开实施例的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。当用于本申请中时，虽然术语“第一”、“第二”等可能会在本申请中使用以描述各元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区别开。比如，在不改变描述的含义的情况下，第一元件可以叫做第二元件，并且同样第，第二元件可以叫做第一元件，只要所有出现的“第一元件”一致重命名并且所有出现的“第二元件”一致重命名即可。第一元件和第二元件都是元件，但可以不是相同的元件。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以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可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims

1.一种构建三维体块模型的方法，其特征在于，包括：

根据矢量面数据，获得初始三角网集合；

将所述初始三角网集合进行高程映射获得空间三角网；

根据所述空间三角网获得三维体块模型；

根据矢量面数据，获得初始三角网集合，包括：对所述矢量面数据进行三角剖分法处理，获得所述初始三角网集合；

所述构建三维体块模型的方法，还包括：对所述初始三角网集合进行加密；

对所述初始三角网集合进行加密，包括：将所述初始三角网集合中的三角形一分为二，得到第一三角网集合；

获取所述三维体块模型，包括：将所述第一三角网集合中各三角形T_j的各顶点投影到平面上，当投影点在所述矢量面的轮廓线L₁上时，则在所述轮廓线L₁上的投影点处插入顶点；对所述轮廓线L₁进行复制，得到复制轮廓线L₂；对所述复制轮廓线L₂上的每个顶点的高程加上预设高程值；依次取所述轮廓线L₁上连续的两个顶点P_L1k、P_L1（k+1）和所述复制轮廓线L₂上连续的两个顶点P_L2k、P_L2（k+1），构建第一三角形T_A{P_L1k、P_L1（k+1）、P_L2k}、第二三角形T_B{P_L1（k+1）、P_L2k、P_L2（k+1）}，并将所述第一三角形T_A{P_L1k、P_L1（k+1）、P_L2k}和第二三角形T_B{P_L1（k+1）、P_L2k、P_L2（k+1）}加入到第一三角网集合中得到第二三角网集合；对第二三角网集合中的各三角形T_c进行复制，得到复制后的第三三角形，将所述第三三角形的顶点的高程加上所述预设高程值；然后将所述第三三角形合并到所述第二三角网集合中，得到第三三角网集合；对所述第三三角网集合中所有的三角形设置预设颜色和预设纹理贴图，得到所述三维体块模型；其中，k为轮廓线上的顶点序号，j、k、c均为正整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述初始三角网集合中的三角形一分为二，包括：

将所述初始三角网集合中的三角形的最长边的中点与该三角形最长边对应的顶点进行连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，投影点在所述矢量面的轮廓线上，包括：

当所述投影点与所述矢量面的轮廓线的距离小于第一设定阈值时，则所述投影点在所述矢量面的轮廓线上。

4.一种构建三维体块模型的装置，包括：处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至3任一项所述的构建三维体块模型的方法。

5.一种服务器，其特征在于，包括：如权利要求4所述的矢量面数据构建三维体块模型的装置。