CN111639408B

CN111639408B - 一种基于ar技术的城市管网管线3d模型展示方法和系统

Info

Publication number: CN111639408B
Application number: CN202010466577.7A
Authority: CN
Inventors: 董闯
Original assignee: Shanghai Shixun Network Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Shixun Network Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: CN111639408A

Abstract

本发明公开的一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法和系统，包括：读取管网节点索引信息文件，结合城市三维地图，构建管网节点模型；读取二维管线路径图文件，获得相对坐标系下的二维管线路径，将二维管线路径的相对坐标系映射至管网节点模型的绝对坐标系；利用管网通道模型库对S2处理后的管网节点模型进行三维通道场景构建，得到三维管网模型；以管网节点为基准确定三维管网模型的展示位姿，并进行AR展示。本发明可实现城市管网管线3D模型的AR展示中对管网节点及管网节点索引信息的添加，增加了二次开发的便捷性，同时对管网节点索引信息进行AR显示，能够快捷地知道现实地下管网场景更丰富的信息，为用户带来新的增强现实的应用体验。

Description

一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法和系统

技术领域

本发明属于增强现实技术领域，涉及一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法和系统。

背景技术

随着社会的发展和当前城市化水平的不断提高，基础建设发展迅猛，地下管网体系越来越大，管理的复杂程度也在逐年增加。地下管网也在原有基础上发生着变化：除原来的给排水网、电网、热力网、通讯线路外，增加了天然气管网、互联网等，地下管网变得越来越复杂；旧管网的更新，新管网的设计规划，这些都需要完善、详细的地下管网的各种信息；已形成的大量管网资料需要及时处理；而传统的手工制图，靠人工记忆的管理和人工统计、分析的手工管理方式效率低下，则很难适应这种快速发展的海量数据的要求，造成大量浪费并阻碍了维护效率和服务水平的进一步提高。而且由于基础建设的猛增，缺乏对地下管网的有效管理，造成了重复建设和资源浪费。在施工中，由于不了解地下管网的情况，盲目开工，造成燃气泄漏、挖断水管、通讯中断等破坏地下管网的事件时有发生，使经济建设和居民生活受到严重影响，并埋下不安全的隐患。

现有的管网采用二维形式进行显示时，无法直观地显示管网的连接和交叉情况，并且不能确定地理位置坐标，不方便查询管网节点要素的空间信息和属性信息，展示系统缺乏兼容性。而采用三维形式进行显示时，往往管网管线三维模型是固定不变的，在初始化三维模型时就已经确定了场景中的部件布局，且无法在该三维模型基础上随时进行节点新增。然而管网管线三维模型创键过程复杂，线路繁杂难于梳理，若每次在进行线路改造时都需要重新绘制城市管网管线三维模型，工作量庞大，不利于地下管网的二次开发。

增强现实(AR，Augmented Reality)是利用虚拟拍摄对象对真实场景进行现实增强的技术。增强现实保留用户实际所处的环境作为用户的主要感知和交互环境，通过将文本、二维图形、三维模型等虚拟生成的信息标注在显示屏上所显示的用户实际所处环境中的物体上，从而实现对用户所处的环境的注释、说明，或者增强现实环境的效果。现有技术中还未见对于城市管道管网三维模型的AR展示技术，常规移动终端屏幕上仅显示有当前现实场景中的存在物，但是对于城市管网的建设和施工展示，往往还需要管网节点的说明性、描述性的参数信息，这使得操作者能够方便、快捷地知道现实地下管网场景更多更丰富的信息，为用户带来新的增强现实的应用体验。

因此，提供一种有效提升隧道路况感知程度的基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法和系统是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法和系统，可实现城市管网管线3D模型的AR展示，并便于对管网节点及管网节点索引信息的添加，增加了操作和二次开发的便捷性，同时AR展示界面能够对管网节点索引信息进行显示，使得操作者能够方便、快捷地知道现实地下管网场景更多更丰富的信息，为用户带来新的增强现实的应用体验。

为实现上述目的其具体方案如下：

一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法，包括如下步骤：

S1、读取管网节点索引信息文件，获得管网节点索引信息集合，结合城市三维地图，构建管网节点模型；

S2、读取二维管线路径图文件，获得相对坐标系下的二维管线路径，将所述二维管线路径的相对坐标系映射至所述管网节点模型的绝对坐标系；

S3、利用管网通道模型库对所述S2处理后的管网节点模型进行三维通道场景构建，得到三维管网模型；

S4、以管网节点为基准确定所述三维管网模型的展示位姿，并进行AR展示。

优选的，所述S1中，所述管网节点索引信息集合包括若干管网节点的地理位置信息和与所述地理位置信息匹配的管网节点属性信息；将所述管网节点索引信息集合按照地理位置信息嵌入至城市三维地图中，形成管网节点模型。

优选的，所述S2具体包括：

S21、以每一个所述管网节点作为根节点，根节点具有绝对坐标，在所述二维管线路径上进行相对坐标系下的标记，获得标记点；

S22、以标记点作为坐标原点在二维管线路径上添加方位渲染约束；

S23、对渲染后的二维管线路径中的标记点反向定位根节点的绝对坐标，并嵌入至所述管网节点模型的绝对坐标系。

优选的，所述S4具体包括：

S41、以管网节点为基准，设定一种或多种展示位姿，作为定点展示图像帧；

S42、确定所述管网节点模型的绝对坐标系的坐标系展示间隔距离，以间隔距离分界点作为AR展示动态更新点。

优选的，所述S41中，对当前所述管网节点设置一种或多种二维管线路径的方位渲染约束作为展示位姿，并获取当前方位下展示位姿的图像帧进行定点展示，图像帧上的展示信息包括所述管网节点索引信息。

优选的，所述S42中，所述间隔距离为XYZ三维坐标距离，间隔距离分界点包括在X、Y、Z方向上固定间隔距离的分界点。

本发明还提供了一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示系统，包括，

管网节点模型构建模块，用于读取管网节点索引信息文件，获得管网节点索引信息集合，结合城市三维地图，构建管网节点模型；

管线坐标映射模块，用于读取二维管线路径图文件，获得相对坐标系下的二维管线路径，将所述二维管线路径的相对坐标系映射至所述管网节点模型的绝对坐标系；

三维管网模型构建模块，用于利用管网通道模型库对经所述管线坐标映射模块处理后的管网节点模型进行三维通道场景构建，得到三维管网模型；

AR展示模块，用于以管网节点为基准确定所述三维管网模型的展示位姿，并进行AR展示。

优选的，所述管网节点模型构建模块包括管网节点输入端口，用于随时接收输入的管网节点索引信息文件；所述管网节点索引信息集合包括若干管网节点的地理位置信息和与所述地理位置信息匹配的管网节点属性信息；将所述管网节点索引信息集合按照地理位置信息嵌入至城市三维地图中，形成管网节点模型。

优选的，所述管线坐标映射模块还用于执行如下操作：

以每一个所述管网节点作为根节点，根节点具有绝对坐标，在所述二维管线路径上进行相对坐标系下的标记，获得标记点；

以标记点作为坐标原点在二维管线路径上添加方位渲染约束；

对渲染后的二维管线路径中的标记点反向定位根节点的绝对坐标，并嵌入至所述管网节点模型的绝对坐标系。

优选的，所述AR展示模块还用于执行如下操作：

以管网节点为基准，设定一种或多种展示位姿，作为定点展示图像帧；

确定所述管网节点模型的绝对坐标系的坐标系展示间隔距离，以间隔距离分界点作为AR展示动态更新点。

本发明相较现有技术具有以下有益效果：

本发明以管网节点的形式对城市管网管线3D模型进行构建，通过管网节点索引信息文件，可实时添加新增管网节点或对原有管网节点的索引信息进行修改，增加了操作和二次开发的便捷性；将管网节点和管线路径作为独立输入数据，增加了三维管网模型构建元素的离散性，进一步保证模型展示的修改便捷性和实时性；同时AR展示界面能够对管网节点索引信息进行显示，并以管网节点为基准确定定点展示图像帧和动态更新点，使得操作者能够方便、快捷地知道现实地下管网场景更多更丰富的信息，为用户带来新的增强现实的应用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法的流程图；

图2是本发明坐标映射的流程图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见说明书附图1所示的基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法的流程图，执行过程如下：

S1、读取管网节点索引信息文件，获得管网节点索引信息集合，结合城市三维地图，构建管网节点模型。

管网节点索引信息集合包括若干管网节点的地理位置信息和与地理位置信息匹配的管网节点属性信息；将管网节点索引信息集合按照地理位置信息嵌入至城市三维地图中，形成管网节点模型。

S2、读取二维管线路径图文件，获得相对坐标系下的二维管线路径，将二维管线路径的相对坐标系映射至管网节点模型的绝对坐标系。

参见说明书附图2，S2具体执行过程如下：

S21、以每一个管网节点作为根节点，根节点具有绝对坐标，在二维管线路径上进行相对坐标系下的标记，获得标记点；

S23、对渲染后的二维管线路径中的标记点反向定位根节点的绝对坐标，并嵌入至管网节点模型的绝对坐标系。

S3、利用管网通道模型库对S2处理后的管网节点模型进行三维通道场景构建，得到三维管网模型。管网通道模型中包含各种管网类型数据，每种管网类型数据具有唯一的标识符，在进行三维通道场景构建时，根据管网节点属性信息中设定的所述标识符，调取管网通道模型中的相应管网类型数据，对当前管网节点所在管线通道进行三维通道场景构建。

S4、以管网节点为基准确定三维管网模型的展示位姿，并进行AR展示。

S4具体执行过程如下：

S41、以管网节点为基准，设定一种或多种展示位姿，作为定点展示图像帧；对当前管网节点设置一种或多种二维管线路径的方位渲染约束作为展示位姿，并获取当前方位下展示位姿的图像帧进行定点展示，图像帧上的展示信息包括管网节点索引信息。

S42、确定管网节点模型的绝对坐标系的坐标系展示间隔距离，以间隔距离分界点作为AR展示动态更新点。间隔距离为XYZ三维坐标距离，间隔距离分界点包括在X、Y、Z方向上固定间隔距离的分界点。

使用者在进行AR动态展示时，以管网节点为中心，可以向XYZ三个方向选择动态展示方位，并根据方位渲染约束实时展示渲染结果，动态画面更新频率以设定的间隔距离分界点为基准。

本实施例还提供了一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示系统，包括，

管网节点模型构建模块，用于读取管网节点索引信息文件，获得管网节点索引信息集合，结合城市三维地图，构建管网节点模型；管网节点模型构建模块包括管网节点输入端口，用于随时接收输入的管网节点索引信息文件；管网节点索引信息集合包括若干管网节点的地理位置信息和与地理位置信息匹配的管网节点属性信息；将管网节点索引信息集合按照地理位置信息嵌入至城市三维地图中，形成管网节点模型。

使用者通过管网节点输入端口导入符合数据格式要求的管网节点索引信息文件，管网节点模型构建模块提取其中的管网节点索引信息集合的地理位置信息与城市三维地图进行嵌入绑定，操作方式直观、简便，便于使用者对三维管网模型AR展示信息的实时更新，降低了建模复杂度，具有广普适用性。

管线坐标映射模块，用于读取二维管线路径图文件，获得相对坐标系下的二维管线路径，将二维管线路径的相对坐标系映射至管网节点模型的绝对坐标系；管线坐标映射模块还用于执行如下操作：

以每一个管网节点作为根节点，根节点具有绝对坐标，在二维管线路径上进行相对坐标系下的标记，获得标记点；

对渲染后的二维管线路径中的标记点反向定位根节点的绝对坐标，并嵌入至管网节点模型的绝对坐标系。

三维管网模型构建模块，用于利用管网通道模型库对经管线坐标映射模块处理后的管网节点模型进行三维通道场景构建，得到三维管网模型；

AR展示模块，用于以管网节点为基准确定三维管网模型的展示位姿，并进行AR展示；AR展示模块还用于执行如下操作：

确定管网节点模型的绝对坐标系的坐标系展示间隔距离，以间隔距离分界点作为AR展示动态更新点。

使用者通过AR展示模块能够选择对城市管网节点进行定点图像帧展示或城市管线间隔边界点动态展示，同时结合输入的管网节点索引信息文件，直观地获取不同地点、不同管线上的各个管网节点的地理位置信息和与地理位置信息匹配的管网节点属性信息。

以上对本发明所提供的一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2、读取二维管线路径图文件，获得相对坐标系下的二维管线路径，将所述二维管线路径的相对坐标系映射至所述管网节点模型的绝对坐标系；包括：

S23、对渲染后的二维管线路径中的标记点反向定位根节点的绝对坐标，并嵌入至所述管网节点模型的绝对坐标系；

S4、以管网节点为基准确定所述三维管网模型的展示位姿，并进行AR展示，包括：

S42、确定所述管网节点模型的绝对坐标系的坐标系展示间隔距离，以间隔距离分界点作为AR展示动态更新点；所述间隔距离为XYZ三维坐标距离，间隔距离分界点包括在X、Y、Z方向上固定间隔距离的分界点。

2.根据权利要求1所述的一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法，其特征在于，所述S1中，所述管网节点索引信息集合包括若干管网节点的地理位置信息和与所述地理位置信息匹配的管网节点属性信息；将所述管网节点索引信息集合按照地理位置信息嵌入至城市三维地图中，形成管网节点模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示方法，其特征在于，所述S41中，对当前所述管网节点设置一种或多种二维管线路径的方位渲染约束作为展示位姿，并获取当前方位下展示位姿的图像帧进行定点展示，图像帧上的展示信息包括所述管网节点索引信息。

4.一种基于AR技术的城市管网管线3D模型展示系统，其特征在于，包括，

管线坐标映射模块，用于读取二维管线路径图文件，获得相对坐标系下的二维管线路径，将所述二维管线路径的相对坐标系映射至所述管网节点模型的绝对坐标系；所述管线坐标映射模块还用于执行如下操作：

对渲染后的二维管线路径中的标记点反向定位根节点的绝对坐标，并嵌入至所述管网节点模型的绝对坐标系；

AR展示模块，用于以管网节点为基准确定所述三维管网模型的展示位姿，并进行AR展示，包括：

5.根据权利要求4所述的展示系统，其特征在于，所述管网节点模型构建模块包括管网节点输入端口，用于随时接收输入的管网节点索引信息文件；所述管网节点索引信息集合包括若干管网节点的地理位置信息和与所述地理位置信息匹配的管网节点属性信息；将所述管网节点索引信息集合按照地理位置信息嵌入至城市三维地图中，形成管网节点模型。