CN111161428B - 三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端，本发明的方法运用了单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分，首先基于视点位置所在的单位立方体构建可视域立方体，其次将三维几何数据模型中的所有三维模型与可视域立方体作相交关系判断获取可视域立方体内的潜在三维模型集，接着以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集，最后生成可见三维模型集的矢量瓦片数据。本发明三维地图矢量瓦片数据的生成方法由于在生成矢量瓦片数据之前进行了筛选，每次只加载可视域立方体内的可见三维模型集，并生成可见三维模型集的矢量瓦片数据，数据量少，生成速度快。

Description

三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端

技术领域

本发明涉及地图技术领域，尤其涉及一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端。

背景技术

随着三维测绘技术的不断进步，高精度、高频度、大覆盖的超海量三维地理空间数据呈爆炸式增长。不同类型的三维地理空间数据(倾斜摄影模型、点云、精细模型等)的精度不同，代表着对现实世界表达的详细程度不同，分别应用于不同空间尺度的城市三维场景。如倾斜摄影模型的精度通常为厘米级，具有真实度高的特点，被广泛应用于大范围城市三维场景的可视化；三维激光扫描点云(LIDAR)的精度可以达到毫米级，可应用于城市形态分析、文化遗产数字化保护等中小尺度场景。这些具有数据体量大、更新速度快、数据类型繁多等特性的三维地理空间数据的产生无疑对大场景的可视化要求带来的巨大的难度。

当前，对大场景下地图在线浏览通常通过地图瓦片技术。地图瓦片是一种高效的可视化技术，它通过将地图数据在水平上进行分块划分、化整为零，实现视窗范围内地图数据的按需获取，减少了网络传输的数据量及客户端的内存缓存。地图瓦片可分为栅格瓦片与矢量瓦片，其分别对应于常用的栅格地图与矢量地图。早期的切片以栅格数据为主，瓦片单元为每一空间范围内空间对象的图片。近年来，针对栅格切片的弊端，矢量切片按照一定的标准和技术将其保存为多种比例尺的矢量分块数据，在前端显示电子地图时，可直接调用矢量分块进行绘制。矢量切片具有灵活、体积小、更新快等优势，因此得到越来越多的普及。

然而，当前的矢量瓦片技术主要针对于数据需求量较小的二维地图的构建，对于数据需求量较大的三维地图则缺乏有效的快速生成矢量瓦片的方法。

因此，现有技术还有待于改进。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端，旨在解决现有现有矢量瓦片技术不适用于三维场景，数据生成速率慢的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，包括步骤：

用单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分；

基于视点位置所在的单位立方体构建可视域立方体；

将所述三维几何数据模型中的所有三维模型与所述可视域立方体作相交关系判断，获取所述可视域立方体内的潜在三维模型集；

以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对所述潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集；

生成所述可见三维模型集的矢量瓦片数据。

所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，所述步骤基于视点位置所在的单位立方体构建可视域立方体具体包括：以视点位置所在的单位立方体为中心向外扩展若干的单位立方体形成所述可视域立方体。

所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，所述步骤将所述三维几何数据模型中的所有三维模型与所述可视域立方体作相交关系判断，获取所述可视域立方体内的潜在三维模型集具体包括：

为所述三维几何数据模型中的每一个三维模型构建AABB包围盒；

建立X轴，Y轴，Z轴分别与所述单位立方体的长、宽、高平行的三维坐标系；

对所述AABB包围盒和所述可视域立方体作X轴，Y轴，Z轴三个维度上的投影；

若所述AABB包围盒和所述可视域立方体在X轴上的投影线段，在Y轴上的投影线段以及在Z轴上的投影线段均有重叠，则所述AABB包围盒对应的三维模型为所述潜在三维模型集。

所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，所述步骤以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对所述潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集具体包括：

对所述潜在三维模型集进行平面切分得到若干的切平面；

以视点位置所在的单位立方体的中心为基点对所述切平面作圆形射线；

以与所述圆形射线相交且距离所述基点最近的切平面对应的所述潜在三维模型集作为所述可见三维模型集。

所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，所述步骤用单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分之前包括：从多源异构三维数据中抽取几何信息形成的所述三维几何数据模型。

所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，所述多源异构三维数据包括精细三维模型数据、倾斜摄影模型数据和激光点云模型数据。

所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，所述矢量瓦片数据包括视点位置所在的单位立方体的坐标以及对应的可见三维模型集的矢量要素。

所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其中，所述单位立方体的大小为1M×1M×1M,所述可视域立方体的大小为2KM×2KM×2KM。

一种存储介质，其上存储有多条指令，其中，所述指令适于由处理器加载并执行，以实现上述任一项所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法的步骤。

一种终端，其中，包括：处理器、与处理器通信连接的存储介质，所述存储介质适于存储多条指令；所述处理器适于调用所述存储介质中的指令，以执行实现上述任一项所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法的步骤。

有益效果：本发明提供了一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端，本发明的方法运用了单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分，首先基于视点位置所在的单位立方体构建可视域立方体，其次将三维几何数据模型中的所有三维模型与可视域立方体作相交关系判断获取可视域立方体内的潜在三维模型集，接着以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集，最后生成可见三维模型集的矢量瓦片数据。本发明三维地图矢量瓦片数据的生成方法由于在生成矢量瓦片数据之前进行了筛选，每次只加载可视域立方体内的可见三维模型集，并生成可见三维模型集的矢量瓦片数据，数据量少，生成速度快。

附图说明

图1为现有的一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法的流程图；

图2为本发明一种终端的结构框图。

具体实施方式

本发明提供了一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明提供了一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法，包括步骤：

S100、用单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分；

S200、基于视点位置所在的单位立方体构建可视域立方体；

S300、将所述三维几何数据模型中的所有三维模型与所述可视域立方体作相交关系判断，获取所述可视域立方体内的潜在三维模型集；

S400、以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对所述潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集；

S500、生成所述可见三维模型集的矢量瓦片数据。

本发明三维地图矢量瓦片数据的生成方法由于在生成矢量瓦片数据之前进行了筛选，每次只加载可视域立方体内的可见三维模型集，并生成可见三维模型集的矢量瓦片数据，数据量少，生成速度快。

具体的，由于本发明技术方案对整个三维空间用单位立方体进行划分，每个单位立方体的中心表示该空间视点位置，由于在构建过程中，用立方体中心代表整个单位立方体所有可能视点，即不再考虑单位立方体内部的视点位置差异而造成可见集不一致，因此构建过程中单位立方体的边长取值相对于整个三维空间要尽可能小，例如，10KM×10KM×10KM的三维空间以1M×1M×1M的单位立方体划分较为合理。。

本发明技术方案中的每一单位立方体可以按照各自在X轴，Y轴、Z轴上的位置数字组合可以组成三元组，在三维空间例子中可以表达三元组为(X，Y，Z)，其中X、Y、Z∈N*(N*表示正整数)。

需要说明的是，本发明方法中的步骤可以采用软件代码的方式实现，其中，单位立方体划三元组分具体步骤如下：

(1)计算三维空间范围单位立方体在X、Y、Z轴上三元组取值最大范围，代码段实现：

xTotalMax＝(int)((box.x2()-box.x1())/unit)；

yTotalMax＝(int)((box.y2()-box.y1())/unit)；

zTotalMax＝(int)((box.z2()-box.z1())/unit)；

上述代码段中box表示整个三维模型的AABB包围盒，其成员变量表示在三维度上投影的最大取值。

(2)分别遍历xTotalMax，yTotalMax，zTotalMax组成三元组，代码段组成如下：

在一种具体的实施方式中，所述步骤基于视点位置所在的单位立方体构建可视域立方体具体包括：以视点位置所在的单位立方体为中心向外扩展若干的单位立方体形成所述可视域立方体。

其中，可视域立方体的计算方法通过以下代码段来实现：

float xmin＝(x-distant>0？x-distant:0)*unit；

float ymin＝(y-distant>0？y-distant:0)*unit；

float zmin＝(z-distant>0？z-distant:0)*unit；

float xmax＝((x+distant<xTotalMax？x+distant:xTotalMax)+1)*unit；

float ymax＝((y+distant<yTotalMax？y+distant:yTotalMax)+1)*unit；

float zmax＝((z+distant<zTotalMax？z+distant:zTotalMax)+1)*unit；

Box Range＝new Box(xmin,ymin,zmin,xmax,ymax,zmax)；

在上述代码段中x,y,z分别表示单位立方体三元组ID，distant表示可见范围最大阈值，unit表示单位立方体的坐标，计算所得为可视域立方体(xmin,ymin,zmin,xmax,ymax,zmax)。

在一种具体的实施方式中，所述步骤将所述三维几何数据模型中的所有三维模型与所述可视域立方体作相交关系判断，获取所述可视域立方体内的潜在三维模型集具体包括：

为所述三维几何数据模型中的每一个三维模型构建AABB包围盒；

建立X轴，Y轴，Z轴分别与所述单位立方体的长、宽、高平行的三维坐标系；

对所述AABB包围盒和所述可视域立方体作X轴，Y轴，Z轴三个维度上的投影；

若所述AABB包围盒和所述可视域立方体在X轴上的投影线段，在Y轴上的投影线段以及在Z轴上的投影线段均有重叠，则所述AABB包围盒对应的三维模型为所述潜在三维模型集。

具体来说，本发明三维地图矢量瓦片数据的生成方法包括Map(映射)阶段和Reduce(规约)阶段。

映射(Map)阶段中，当三维模型(可视域立方体)与另一三维模型的AABB包围盒具有相交关系称作与该三维模型具有潜在可见集(即包括有潜在三维模型集)。由于三维模型的AABB包围盒的边都与X，Y，Z轴平行，因此与AABB包围盒的相交关系可以转换成与在X轴，Y轴和Z轴的一维投影是否重叠，如果在三个维度上都重叠即可满足具有相交关系。

可视域立方体具潜在可见集的计算步骤具体如下：(1)对三维场景全空间范围内的所有三维模型构建AABB包围盒；(2)对步骤(1)所得的AABB包围盒，进行X，Y，Z轴上投影，形成每一维度上的投影线段，将这些线段构建B树索引；(3)获取可视域立方体在三个维度上的投影线段，并利用步骤(2)的B树索引对三个维度分别进行重叠判断。当满足在三个维度上都具有重叠关系时，可判定三维模型属于可视域立方体具有潜在可见集(潜在三维模型集)。

在一种具体的实施方式中，所述步骤以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对所述潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集具体包括：

对所述潜在三维模型集进行平面切分得到若干的切平面；

以视点位置所在的单位立方体的中心为基点对所述切平面作圆形射线；

以与所述圆形射线相交且距离所述基点最近的切平面对应的所述潜在三维模型集作为所述可见三维模型集。

具体来说，归约(Reduce)阶段采用射线相交法来判断基于视点的三维模型之间相互遮挡关系，具体步骤如下：(1)加载三维场景，分别计算场景内所有要素在XOY，YOZ，XOZ三个切平面上的投影映射，从而获得XOY，YOZ，XOZ三个切平面上的三组二维平面图形的集合；(2)分别对每一组二维平面图形集构建BSP树，生成三个BSP树数据结构；(3)在每一平面投影上，基于每个视点立方体的中心向可视域范围内360度的每一度方向做射线，并利用步骤(2)中的BSP树，计算与该射线具有相交关系的二维图形，返回距离视点最近的二维图形所对应的三维几何图形；(4)分别在X，Y，Z三个切平面计算步骤(3)中并将结果求并集后去重，得到的即为该可视域立方体的可见集(可见三维模型集)。

从可视化理论上，传统GIS技术仅仅针对于二维矢量数据无法满足三维可视化需求，本发明将矢量瓦片技术引入大范围场景下的三维地理空间数据渲染中，从三维空间可视化底层理论上对三维对象的处理方式进行创新；从可视化技术上，本发明提出一种在云环境下三维矢量瓦片构建分布式解决方案，实现分布式计算MapReduce(映射规约)范式与三维地理空间大数据渲染技术的无缝集成，具有技术上的创新。

在一种具体的实施方式中，所述步骤用单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分之前包括：从多源异构三维数据中抽取几何信息形成的三维几何数据模型。

在一种具体的实施方式中，所述多源异构三维数据包括精细三维模型数据、倾斜摄影模型数据和激光点云模型数据。

具体来说，将多源异构三维模型数据(包括精细三维模型数据、倾斜摄影模型数据和激光点云数据模型数据)通过各自的读取接口抽取几何信息，形成统一的三维几何数据模型(GeoTuple)，模型格式如下：

本发明是以上述三维几何数据模型作为输入数据并通过映射规约(MapReduce)计算框架实现矢量瓦片数据的生成的。

在一种具体的实施方式中，所述矢量瓦片数据包括视点位置所在的单位立方体的坐标以及对应的可见三维模型集的矢量要素。

在另一种实施方式中，本发明方法生成的三维地图矢量瓦片数据还可以存储在HBase数据库中，通过服务的形式进行发布。服务的输入值为视点坐标(x,y,z)，服务的返回值为可见三维模型集的矢量要素(GeoTuple)。查询服务以HBase作为数据存储的仓库，并利用内存数据库Redis作为查询服务的二级缓存，实现矢量二级服务的发布。

具体步骤如下：(1)根据视点坐标(x,y,z)计算视点所在的单位立方体并获取单位立方体对应的三元组(X,Y,Z)；(2)从Redis缓存数据库中根据键(X,Y,Z)进行值查询；(3)判断缓存数据库中是否存在，若缓存数据库中存在返回可见三维模型集的矢量要素，若不存在从HBase全量三维数据中进行查询；(4)将查询结果插入缓存数据库中的最顶端位置；(5)判断缓存数据库存储键值的数目对是否超过阈值，如果超过阈值删除最底端的键值对(Key-Value)。

在一种具体的实施方式中，所述单位立方体的大小为1M×1M×1M,所述可视域立方体的大小为2KM×2KM×2KM。

本发明提供了一种存储介质，其上存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行，以实现上述任一项所述的多线程访问临界资源的方法的步骤。

此外，参见图2，本发明还提供了一种终端，包括：处理器10、与处理器通信连接的存储介质20，所述存储介质适于存储多条指令；所述处理器适于调用所述存储介质中的指令，以执行实现上述任一项所述的多线程访问临界资源的方法的步骤。

当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。

综上所述，本发明提供了一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法、存储介质及终端，本发明的方法运用了单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分，首先基于视点位置所在的单位立方体构建可视域立方体，其次将三维几何数据模型中的所有三维模型与可视域立方体作相交关系判断获取可视域立方体内的潜在三维模型集，接着以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集，最后生成可见三维模型集的矢量瓦片数据。本发明三维地图矢量瓦片数据的生成方法由于在生成矢量瓦片数据之前进行了筛选，每次只加载可视域立方体内的可见三维模型集，并生成可见三维模型集的矢量瓦片数据，数据量少，生成速度快。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其特征在于，包括步骤：

用单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分；

以视点位置所在的单位立方体为中心向外扩展若干的单位立方体形成可视域立方体；

为所述三维几何数据模型中的每一个三维模型构建AABB包围盒；

建立X轴，Y轴，Z轴分别与所述单位立方体的长、宽、高平行的三维坐标系；

对所述AABB包围盒和所述可视域立方体作X轴，Y轴，Z轴三个维度上的投影；

若所述AABB包围盒和所述可视域立方体在X轴上的投影线段，在Y轴上的投影线段以及在Z轴上的投影线段均有重叠，则所述AABB包围盒对应的三维模型为潜在三维模型集；

以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对所述潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集；

生成所述可见三维模型集的矢量瓦片数据。

2.根据权利要求1所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其特征在于，所述步骤以视点位置所在的单位立方体的中心为视点对所述潜在三维模型集进行遮挡筛选获得可见三维模型集具体包括：

对所述潜在三维模型集进行平面切分得到若干的切平面；

以视点位置所在的单位立方体的中心为基点对所述切平面作圆形射线；

以与所述圆形射线相交且距离所述基点最近的切平面对应的所述潜在三维模型集作为所述可见三维模型集。

3.根据权利要求1所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其特征在于，所述步骤用单位立方体对三维几何数据模型的三维空间进行划分之前包括：从多源异构三维数据中抽取几何信息形成的所述三维几何数据模型。

4.根据权利要求3所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其特征在于，所述多源异构三维数据包括精细三维模型数据、倾斜摄影模型数据和激光点云模型数据。

5.根据权利要求1所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其特征在于，所述矢量瓦片数据包括视点位置所在的单位立方体的坐标以及对应的可见三维模型集的矢量要素。

6.根据权利要求1所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法，其特征在于，所述单位立方体的大小为1M×1M×1M,所述可视域立方体的大小为2KM×2KM×2KM。

7.一种存储介质，其上存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行，以实现上述权利要求1-6任一项所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法的步骤。

8.一种终端，其特征在于，包括：处理器、与处理器通信连接的存储介质，所述存储介质适于存储多条指令；所述处理器适于调用所述存储介质中的指令，以执行实现上述权利要求1-6任一项所述的三维地图矢量瓦片数据的生成方法的步骤。

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