CN111739140A - 一种3d数据城市模型的构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D数据城市模型的构建方法及装置，主要解决现有技术中存在的现有构建方法建模工作量大，初解析初始化耗时长及很难做到参数化调整细节的问题。该一种3D数据城市模型的构建方法包括以下步骤：准备建筑数据及配置参数，构建基础环境；根据建筑数据及配置参数分别构建顶点着色器和片元着色器；顶点着色器和片元着色器合并运行，渲染整个场景。通过上述方案，本发明达到了能快速构建出流畅度高，层次分明的城市模型，不需要建模师做额外的调整的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种3D数据城市模型的构建方法及装置

技术领域

本发明涉及3D建模领域，具体地说，是涉及一种3D数据城市模型的构建方法及装置。

背景技术

数字城市是指利用空间信息构筑虚拟平台，将包括城市自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等有关的城市信息，以数字形式获取并加载上去，从而为政府和社会各方面提供广泛的服务；数字城市能实现对城市信息的综合分析和有效利用，通过先进的信息化手段支撑城市的规划、建设、运营、管理及应急，能有效提升政府管理和服务水平，提高城市管理效率、节约资源，促进城市可持续发展。

3D数据城市即将城市数据，如人口、单位、建筑、车辆、轨迹、污染物、生态等与城市模型融合起来，再通过3D可视化手段展现出来。

现有3D数据城市模型的构建方法为：建模师根据城市卫星地图构建模型，然后调整效果，在wed端加载解析，最后增加交付完成渲染；但不同的城市需要构建不同的模型，建模工作量大；在3D建模工具中构建的模型在web端需要先请求模型文件，再解析后才能渲染，初始化耗时长；另外调整效果时还需要在建模工具中再做处理，很难做到参数化调整细节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D数据城市模型的构建方法及装置，以解决现有构建方法建模工作量大，初解析初始化耗时长及很难做到参数化调整细节的问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种3D数据城市模型的构建方法包括步骤：准备建筑数据及配置参数，构建基础环境；根据建筑数据及配置参数分别构建顶点着色器和片元着色器；顶点着色器和片元着色器合并运行，渲染整个场景。

通过上述方案，本发明根据预设的建筑数据及参数配置，分别构建顶点着色器和片元着色器，然后两者合并运行，渲染整个场景后即完成3D城市模型的构建，可通过对建筑数据或配置参数中任一个或者两个的极少部分修改，而构建出很多不同的建筑模型，根据建筑设置楼层及颜色的不一样，也可构建多种不同建筑模型，故本发明在web端能快速加载渲染出多种样式的3D城市模型，同时能适用于任何有数据的城市，不用每次通过建模工具生成模型。

进一步的，建筑数据为geojson建筑数据，构建webgl上下文环境；为建筑数据提供解析处理环境。

进一步的，参数配置包括颜色组，侧面及顶面图片组，叠加参数；用于为建筑模型提供颜色及图片库及计算依据。

进一步的，构建顶点着色器为将下列解析建筑数据的方法写入顶点着色器中，解析建筑数据的方法包括如下步骤：

S101.初始化arraybuffer，预先分配内存空间，根据建筑数据写入顶点；

S102.根据顶点计算构面，计算侧面uv和顶面uv2双通道；

S103.单个建筑超出设定层数则分层，不超过则不分层；

S104.根据单个建筑中心位置计算建筑深度，传入时间系数做周期扫描动画；通过上述过程即可完成建筑模型的几何图处理，无需一步步构建模型，减少了建模的工作量，提高了城市模型构建效率。

进一步的，构建片元着色器为将下列配置参数的方法写入片元着色器中，配置参数的方法包括如下步骤：

S201.楼层<key1，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做重叠算法处理；

S202. key1≤楼层≤key2，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做柔光算法处理；key1和key2均为设定的楼层阈值；

S203.楼层>key2，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做强光算法处理；

S204.根据重叠参数repeat，以及单个建筑层高和周长，计算横向和纵向贴图重复，侧面做四舍五入取整；

S205.利用uv2，侧面做表面流光、灯光等动效；顶部做边缘阴影，加深边缘层次感；通过上述过程及完成模型的配色及侧面顶面图片的搭配，不同的楼层，甚至相同的楼层根据上述过程也会展现不同的视觉效果。

进一步的，渲染时基于webgl渲染整个场景模型，在浏览器中直接运行；渲染后即完成整个3D数据城市模型的构建。

一种3D数据城市模型的构建装置包括存储器：用于存储可执行指令；处理器：用于执行所述存储器中存储的可执行指令，实现一种3D数据城市模型的构建方法；用于实施上述方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明可通过更改建筑参数、参数配置中任一个或多个细节，构建需要的多类不同的城市模型，直接通过预设的建筑数据就参数设置构建顶点着色器和片元着色器胡合并运行渲染，避免了现有3D建模工具构建城市模型时需要请求模型文件的步骤，提高了3D城市模型的构建效率，另外，可通过建筑数据和参数设置预先设定好需要效果，最后直接得出构建好的3D城市模型，可通过参数配置做对应的调整，不需要在建模工具中再做处理，节约了调整时间及调整的便捷性。

（2）本发明基于webgl，能在web端任意切换城市数据，使用本发明中的构建规则，能快速构建出流畅度高，层次分明的城市模型，不需要建模师做额外的调整即可做到。

（3）本发明能适用于任何有数据的城市，不用每次通过建模工具生成模型，贴图可以以皮肤的形式存在，根据配置参数的方法能通过简单的贴图和颜色以及规则的改变，即时构建出不同的城市模型外观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1为本发明的模型建立流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合图1对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。

对本发明实施例进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释：

Geojson：GeoJSON是一种对各种地理数据结构进行编码的格式，基于Javascript对象表示法的地理空间信息数据交换格式。GeoJSON对象可以表示建筑数据。

纹理：是webgl的一种数据来源，一般通过image图片构造，用于城市模型表面的贴图基础。

3D城市模型：在二维的平面图基础上加上楼层信息，通过程序生成的三维模型，用于表示一种直观的虚拟城市环境。

Web：万维网，基于超文本和HTTP的、全球性的、动态交互的、跨平台的分布式图形信息系统，一般指在浏览器上运行的程序。

Webgl：一种3D绘图协议，这种技术允许JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起，可以为HTML CANVAS提供硬件3D加速渲染，让开发人员能借助显卡在web端展示3D模型和场景。

GLSL: openGL着色器语音，是一种开发人员能编写的在显卡上运行的自定义程序，能在webgl中结合使用，能让开发人员操控图形单元。

实施例1

一种3D数据城市模型的构建方法包括步骤：准备标准化的geojson建筑数据，设定参数配置，其包括颜色组，侧面及顶面图片组，叠加参数，构建webgl上下文环境；根据建筑数据及配置参数分别构建顶点着色器和片元着色器；顶点着色器和片元着色器在显卡中合并运行，渲染整个场景；渲染时基于webgl渲染整个场景模型，在浏览器中直接运行；渲染后即完成整个3D数据城市模型的构建。

本发明可通过更改建筑参数、参数配置中任一个或多个细节，构建需要的多类不同的城市模型，直接通过预设的建筑数据就参数设置构建顶点着色器和片元着色器胡合并运行渲染，避免了现有3D建模工具构建城市模型时需要请求模型文件的步骤，提高了3D城市模型的构建效率，另外，可通过建筑数据和参数设置预先设定好需要效果，最后直接得出构建好的3D城市模型，可通过参数配置做对应的调整，不需要在建模工具中再做处理，节约了调整时间及调整的便捷性。

实施例2

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上进一步的，构建顶点着色器为将下列解析建筑数据的方法写入顶点着色器中，解析建筑数据的方法包括如下步骤：

S101.初始化arraybuffer，预先分配内存空间，根据建筑数据写入顶点；

S102.根据顶点计算构面，计算侧面uv和顶面uv2双通道；

S103.单个建筑超出设定层数则分层，不超过则不分层；

S104.根据单个建筑中心位置计算建筑深度，传入时间系数做周期扫描动画；通过上述过程即可完成建筑模型的几何图处理，无需一步步构建模型，减少了建模的工作量，提高了城市模型构建效率。

实施例3

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上进一步的，构建片元着色器为将下列配置参数的方法写入片元着色器中，配置参数的方法包括如下步骤：

S201.楼层<key1，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做重叠算法处理；

S202. key1≤楼层≤key2，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做柔光算法处理；key1和key2均为设定的楼层阈值；

S203.楼层>key2，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做强光算法处理；

S204.根据重叠参数repeat，以及单个建筑层高和周长，计算横向和纵向贴图重复，侧面做四舍五入取整；

S205.利用uv2，侧面做表面流光、灯光等动效；顶部做边缘阴影，加深边缘层次感；通过上述过程及完成模型的配色及侧面顶面图片的搭配，不同的楼层，甚至相同的楼层根据上述过程也会展现不同的视觉效果。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上进一步的，一种3D数据城市模型的构建装置包括存储器：用于存储可执行指令；处理器：用于执行所述存储器中存储的可执行指令，实现一种3D数据城市模型的构建方法；用于实施上述方法。

现有3D建模工具构建城市模型，在web端加载渲染，初始化速度慢，且需要切换城市需要重新构建和加载城市模型，要做到层次分明，需要建模师调整模型；本发明基于webgl，能在web端任意切换城市数据，使用本发明中的构建规则，能快速构建出流畅度高，层次分明的城市模型，不需要建模师做额外的调整即可做到；本发明能适用于任何有数据的城市，不用每次通过建模工具生成模型，贴图可以以皮肤的形式存在，根据配置参数的方法能通过简单的贴图和颜色以及规则的改变，即时构建出不同的城市模型外观。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、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，所述模块、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。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，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，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，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。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块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。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分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，包括若干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）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。需要说明的是，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。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种3D数据城市模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备建筑数据及配置参数，构建基础环境；根据建筑数据及配置参数分别构建顶点着色器和片元着色器；顶点着色器和片元着色器合并运行，渲染整个场景。

2.根据权利要求1所述的一种3D数据城市模型的构建方法，其特征在于，建筑数据为geojson建筑数据，构建webgl上下文环境。

3.根据权利要求1所述的一种3D数据城市模型的构建方法，其特征在于，参数配置包括颜色组，侧面及顶面图片组，叠加参数。

4.根据权利要求3所述的一种3D数据城市模型的构建方法，其特征在于，构建顶点着色器为将下列解析建筑数据的方法写入顶点着色器中，解析建筑数据的方法包括如下步骤：

S101.初始化arraybuffer，预先分配内存空间，根据建筑数据写入顶点；

S102.根据顶点计算构面，计算侧面uv和顶面uv2双通道；

S103.单个建筑超出设定层数则分层，不超过则不分层；

S104.根据单个建筑中心位置计算建筑深度，传入时间系数做周期扫描动画。

5.根据权利要求4所述的一种3D数据城市模型的构建方法，其特征在于，构建片元着色器为将下列配置参数的方法写入片元着色器中，配置参数的方法包括如下步骤：

S201.楼层<key1，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做重叠算法处理；

S202. key1≤楼层≤key2，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做柔光算法处理；key1和key2均为设定的楼层阈值；

S203.楼层>key2，颜色取颜色组中随机颜色，侧面以颜色和贴图做强光算法处理；

S204.根据重叠参数repeat，以及单个建筑层高和周长，计算横向和纵向贴图重复，侧面做四舍五入取整；

S205.利用uv2，侧面做表面流光、灯光动效；顶部做边缘阴影，加深边缘层次感。

6.根据权利要求1所述的一种3D数据城市模型的构建方法，其特征在于，渲染时基于webgl渲染整个场景模型，在浏览器中直接运行。

7.一种3D数据城市模型的构建装置，其特征在于，包括

存储器：用于存储可执行指令；

处理器：用于执行所述存储器中存储的可执行指令，实现如权利要求1-6任一项所述的一种3D数据城市模型的构建方法。

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