CN111968239A - 存储器、基于dem的三维场景生成方法、系统和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了存储器、基于DEM的三维场景生成方法、系统和装置，其中所述方法包括：获取叠加对象的三角网格模型并将三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；计算三角网格模型的包围盒，并确定三角网格模型的正射投影区；生成包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以栅格数据金字塔中各栅格点的当前坐标为初始起点，对初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定参考起始点；根据参考起始点与三角网格模型的底部求交，生成三角网格模型在正射投影区的适配高程数据；根据适配高程数据替换航拍DEM中的正射投影区的高程数据后加载三角网格模型。本发明可以避免航拍DEM与三角网格模型的叠加时发生错位，从而改善三维场景的呈现效果。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型技术领域，特别涉及存储器、基于DEM的三维场景生成方法、系统和装置。
背景技术
数字高程模型(Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟(即地形表面形态的数字化表达)，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。
从数据源的采集和生成方式上来说，可以通过航拍的方式来实现DEM数据源的采集和生成，并由此生成航拍DEM。
在实际应用中，可以通过将航拍DEM和诸如厂区或建筑物等特定对象的三角网格模型进行叠加的方式来呈现最终的三维场景效果。
发明人经过研究发现，现有技术中至少存在以下缺陷：
由于航拍DEM的精度误差或是测量误差等情况的发生，会引起航拍DEM与三角网格模型的叠加发生错位，造成三角网格模型部分吞没在航拍DEM的模型中，或是悬空在航拍DEM的模型上空等情况的出现，进而影响了最终三维场景的呈现效果。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是为了避免航拍DEM与三角网格模型的叠加时发生错位，以改善三维场景的呈现效果。
本发明提供了一种基于DEM的三维场景生成方法，包括步骤：
S11、获取叠加对象的三角网格模型并将所述三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；
S12、计算导入所述GIS平台的所述三角网格模型的包围盒，并确定所述三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；
S13、生成所述包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以所述栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点，对所述初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各所述初始起点对应的参考起始点；
S14、根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据；
S15、在将所述叠加对象的三角网格模型与所述航拍DEM进行叠加时，根据所述适配高程数据修正所述航拍DEM中的正射投影区的高程数据后，加载所述三角网格模型。
在本发明中，所述叠加对象的三角网格模型包括：
由3DMax制作导出的模型数据。
在本发明中，所述叠加对象的三角网格模型包括：
由GIS、CAD或DCC数据导出的曲面网格。
在本发明中，还包括：
对导入所述GIS平台的所述三角网格模型进行空间属性的修正，所述修正包括调整空间位置、海拔、姿态和缩放中的一种及其任意组合。
在本发明中，所述预设距离的取值范围包括：
1米至200米。
在本发明中，所述根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据，包括：
以所述参考起始点为起点确定射线；
计算所述射线与所述三角网格模型的底部的交点，并生成所述三角网格模型在所述正射投影区的高程数据。
在本发明中，所述计算所述射线与所述三角网格模型的底部的交点，包括：
当所述射线与所述三角网格模型的交点包括多个时，将与所述参考起始点距离最短的交点确定为所述三角网格模型的底部的交点。
在本发明的另一面，还提供了一种基于DEM的三维场景生成装置，包括：
坐标转换单元，用于获取叠加对象的三角网格模型并将所述三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；
区域确定单元，用于计算导入所述GIS平台的所述三角网格模型的包围盒，并确定所述三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；
参考点确定单元，用于生成所述包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以所述栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点，对所述初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各所述初始起点对应的参考起始点；
求交单元，用于根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据；
叠加单元，用于在将所述叠加对象的三角网格模型与所述航拍DEM进行叠加时，根据所述适配高程数据修正所述航拍DEM中的正射投影区的高程数据后，加载所述三角网格模型。
在本发明的另一面，还提供了一种存储器，包括软件程序，所述软件程序适于由处理器执行上述基于DEM的三维场景生成方法的步骤。
本发明实施例的另一面，还提供了一种基于DEM的三维场景生成设备，所述基于DEM的三维场景生成设备包括存储在存储器上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行以上各个方面所述的方法，并实现相同的技术效果。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明实施例为了避免航拍DEM与三角网格模型的叠加时发生错位，预先将叠加对象的三角网格模型导入所述GIS平台中，一方面确定了三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；另一方面，通过对三角网格模型的底部的求交，来生成三角网格模型在正射投影区的适配高程数据；在将叠加对象的三角网格模型与航拍DEM进行叠加之前，可以预先通过适配高程数据来对DEM中的正射投影区的高程数据进行修正，这样就可以使与航拍DEM叠加后的三角网格模型的底部与DEM中的叠加位置(即所述正射投影区)能够很好地适配，进而也就可以有效的避免了航拍DEM与三角网格模型的叠加时发生错位，有效的改善了三维场景的呈现效果。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是本发明中所述基于DEM的三维场景生成方法的步骤图；
图2是本发明中所述基于DEM的三维场景生成装置的结构示意图；
图3是本发明中所述基于DEM的三维场景生成设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
实施例一
为了能够避免航拍DEM与三角网格模型的叠加时发生错位，以改善三维场景的呈现效果，如图1所示，在本发明实施例中提供了基于DEM的三维场景生成方法，包括步骤：
一种基于DEM的三维场景生成方法，包括步骤：
S11、获取叠加对象的三角网格模型并将所述三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；
在本发明实施例中，叠加对象是指需要与航拍DEM进行叠加的对象，可以是用于通过与航拍DEM叠加来构成整体三维场景的厂房、建筑群或特定区域地面等地上物，也可以是地下巷道或隧道等地下建筑。
本发明实施例中叠加对象的三角网格模型可以由3DMax制作导出的模型数据。
在实际应用中，本发明实施例中叠加对象的三角网格模型可以是由GIS、CAD或DCC数据导出的曲面网格。
S12、计算导入所述GIS平台的所述三角网格模型的包围盒，并确定所述三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；
将待与航拍DEM叠加的三角网格模型导入GIS平台后，可以计算出对应的包围盒；然后通过获取该包围盒的正射投影，可以相应的确定出三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；这样，就可以也就确定出了三角网格模型在航拍DEM中的经纬数据。
优选的，为了使确定出的正射投影区更加的精确，在本发明实施例中，在计算包围盒之前，还可以对导入GIS平台的三角网格模型进行空间属性的修正，具体来说，可以是调整其空间位置、海拔、姿态和进行缩放中的一种或多种。
S13、生成所述包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以所述栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点，对所述初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各所述初始起点对应的参考起始点；
本发明实施例中的目的是通过修正航拍DEM与三角网格模型的叠加区域的高程来使三角网格模型与航拍DEM叠加时更加的适配；为了实现上述目的，就要获得三角网格模型底部(也是三角网格模型中与航拍DEM接触的位置)的高程数据；为了获得三角网格模型底部的高程数据，本发明实施例先生成了包围盒底部的栅格数据金字塔，然后以栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点；接着，为了便于求交计算，在本发明实施例中，通过对初始起点进行平移来确定更加适于求交计算的参考起始点，具体来说，可以将初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各初始起点对应的参考起始点。
在本发明实施例中，之所以要将初始起点向地向方向进行预设距离的平移，其原因在于：位于包围盒底部的初始起点有可能与三角网格模型某些位置过于接近甚至是发生重合，此时，当以初始起点为射线起点求交时，由于栅格数据自身的取值精度有限，就会可能发生求交遗漏的问题。具体来说，如果初始起点与三角网格模型底部某些位置过于接近或者重叠后，那么求交计算时就会被判定为射线的起点与三角网格模型底部没有交点，此时，就会发生遗漏交点的问题。
本发明实施例中，预设距离的最小取值可根据栅格数据的取值精度来确定，以能够使初始起点与三角网格模型之间的最小距离不影响求交计算为准。
S14、根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据；
本发明实施例中，求交的具体方式可以是：
首先，以参考起始点为起点确定射线；在确定了参考起始点后，以参考起始点为起点确定天向的射线，该射线指向三角网格模型的底部并可以穿过三角网格模型；
接着，计该算射线与三角网格模型的底部的交点，并生成三角网格模型在所述正射投影区的高程数据(即适配高程数据)。
根据射线与三角网格模型的底部的交点，可以得到三角网格模型在GIS平台中的高程数据(即适配高程数据)，只有航拍DEM中的正射投影区的高程数据与适配高程数据一致时，三角网格模型叠加到航拍DEM中才会处于合适的位置。
在实际应用中，能够穿过三角网格模型的射线一般会与三角网格模型有多个交点，本发明实施例通过距离的计算，来将与参考起始点距离最短的交点确定为三角网格模型的底部的交点，具体的：
当射线与三角网格模型的交点包括多个时，将与参考起始点距离最短的交点确定为三角网格模型的底部的交点。
S15、在将所述叠加对象的三角网格模型与所述航拍DEM进行叠加时，根据所述适配高程数据修正所述航拍DEM中的正射投影区的高程数据后，加载所述三角网格模型。
加载的航拍DEM中，其正射投影区的即为放置三角网格模型的区域，如果在该区域航拍DEM的精度存在误差或是测量发生误差，那么该区域的高程数据就无法与三角网格模型适配，造成叠加的三角网格模型被吞或是悬空等错位现象的发生。
本发明实施例中的适配高程数据，能够修正航拍DEM内用于放置三角网格模型的区域的高程数据，开始该区域的高程数据能够与三角网格模型适配，具体的，在叠加三角网格模型之前，可以先通过适配高程数据来替换航拍DEM中的正射投影区的高程数据，以使用于放置三角网格模型的区域的高程数据能够与三角网格模型适配，从而避免错位的发生。
进一步的，本发明实施例中的最初的适配高程数据是根据最高精度层级的栅格点生成的；为了使适配高程数据能够适用于不同精度(分辨率)的三角网格模型，在本发明实施例中，还可以根据最初的适配高程数据(即，精度最高的适配高程数据)生成适配高程数据的栅格数据金字塔，从而生成包括有多个不同精度等级的适配高程数据；这样，根据三角网格模型的分别率需求，可以使用相应级别的适配高程数据来替换航拍DEM中的正射投影区的高程数据。综上所述，本发明实施例为了避免航拍DEM与三角网格模型的叠加时发生错位，预先将叠加对象的三角网格模型导入所述GIS平台中，一方面确定了三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；另一方面，通过对三角网格模型的底部的求交，来生成三角网格模型在正射投影区的适配高程数据；在将叠加对象的三角网格模型与航拍DEM进行叠加之前，可以预先通过适配高程数据来对DEM中的正射投影区的高程数据进行修正，这样就可以使与航拍DEM叠加后的三角网格模型的底部与DEM中的叠加位置(即所述正射投影区)能够很好地适配，进而也就可以有效的避免了航拍DEM与三角网格模型的叠加时发生错位，有效的改善了三维场景的呈现效果。
在本发明实施例的另一面，还提供了一种基于DEM的三维场景生成装置，图2示出本发明实施例提供的基于DEM的三维场景生成装置的结构示意图，所述基于DEM的三维场景生成装置为与图1所对应实施例中所述基于DEM的三维场景生成方法对应的装置，即，通过虚拟装置的方式实现图1所对应实施例中基于DEM的三维场景生成方法，构成所述基于DEM的三维场景生成装置的各个虚拟模块可以由电子设备执行，例如网络设备、终端设备、或服务器。具体来说，本发明实施例中的基于DEM的三维场景生成装置包括：
坐标转换单元01用于获取叠加对象的三角网格模型并将所述三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；
区域确定单元02用于计算导入所述GIS平台的所述三角网格模型的包围盒，并确定所述三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；
参考点确定单元03用于生成所述包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以所述栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点，对所述初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各所述初始起点对应的参考起始点；
求交单元04用于根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据；
叠加单元05用于在将所述叠加对象的三角网格模型与所述航拍DEM进行叠加时，根据所述适配高程数据修正所述航拍DEM中的正射投影区的高程数据后，加载所述三角网格模型。
由于本发明实施例中基于DEM的三维场景生成装置的工作原理和有益效果已经在图1所对应的基于DEM的三维场景生成方法中也进行了记载和说明，因此可以相互参照，在此就不再赘述。
实施例三
在本发明实施例中，还提供了一种存储器，其中，存储器包括软件程序，软件程序适于处理器执行图1所对应的基于DEM的三维场景生成方法中的各个步骤。
本发明实施例可以通过软件程序的方式来实现，即，通过编写用于实现图1所对应的基于DEM的三维场景生成方法中的各个步骤的软件程序(及指令集)，所述软件程序存储于存储设备中，存储设备设于计算机设备中，从而可以由计算机设备的处理器调用该软件程序以实现本发明实施例的目的。
实施例四
本发明实施例中，还提供了一种基于DEM的三维场景生成设备，该基于DEM的三维场景生成设备所包括的存储器中，包括有相应的计算机程序产品，所述计算机程序产品所包括程序指令被计算机执行时，可使所述计算机执行以上各个方面所述的基于DEM的三维场景生成方法，并实现相同的技术效果。
图3是本发明实施例作为电子设备的基于DEM的三维场景生成设备的硬件结构示意图，如图3所示，该设备包括一个或多个处理器610、总线630以及存储器620。以一个处理器610为例，该设备还可以包括：输入装置640、输出装置650。
处理器610、存储器620、输入装置640和输出装置650可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
存储器620作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器610通过运行存储在存储器620中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的处理方法。
存储器620可以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、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器620可选包括相对于处理器610远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置640可接收输入的数字或字符信息，以及产生信号输入。输出装置650可包括显示屏等显示设备。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器620中，当被所述一个或者多个处理器610执行时，执行：
S11、获取叠加对象的三角网格模型并将所述三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；
S12、计算导入所述GIS平台的所述三角网格模型的包围盒，并确定所述三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；
S13、生成所述包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以所述栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点，对所述初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各所述初始起点对应的参考起始点；
S14、根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据；
S15、在将所述叠加对象的三角网格模型与所述航拍DEM进行叠加时，根据所述适配高程数据修正所述航拍DEM中的正射投影区的高程数据后，加载所述三角网格模型。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，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，所述单元的划分，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。另一点，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。
所述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方案的目的。
另外，在本发明各个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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以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。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全部或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设备中，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。而前述的存储设备包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、ReRAM、MRAM、PCM、NAND Flash，NOR Flash，Memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于DEM的三维场景生成方法，其特征在于，包括步骤：
S11、获取叠加对象的三角网格模型并将所述三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；
S12、计算导入所述GIS平台的所述三角网格模型的包围盒，并确定所述三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；
S13、生成所述包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以所述栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点，对所述初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各所述初始起点对应的参考起始点；
S14、根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据；
S15、在将所述叠加对象的三角网格模型与所述航拍DEM进行叠加时，根据所述适配高程数据修正所述航拍DEM中的正射投影区的高程数据后，加载所述三角网格模型。
2.根据权利要求1所述的基于DEM的三维场景生成方法，其特征在于，所述叠加对象的三角网格模型包括：
由3DMax制作导出的模型数据。
3.根据权利要求1所述的基于DEM的三维场景生成方法，其特征在于，所述叠加对象的三角网格模型包括：
由GIS、CAD或DCC数据导出的曲面网格。
4.根据权利要求1所述的基于DEM的三维场景生成方法，其特征在于，还包括：
对导入所述GIS平台的所述三角网格模型进行空间属性的修正，所述修正包括调整空间位置、海拔、姿态和缩放中的一种及其任意组合。
5.根据权利要求1所述的基于DEM的三维场景生成方法，其特征在于，所述预设距离的取值范围包括：
1米至200米。
6.根据权利要求1所述的基于DEM的三维场景生成方法，其特征在于，所述根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据，包括：
以所述参考起始点为起点确定射线；
计算所述射线与所述三角网格模型的底部的交点，并生成所述三角网格模型在所述正射投影区的高程数据。
7.根据权利要求6所述的基于DEM的三维场景生成方法，其特征在于，所述计算所述射线与所述三角网格模型的底部的交点，包括：
当所述射线与所述三角网格模型的交点包括多个时，将与所述参考起始点距离最短的交点确定为所述三角网格模型的底部的交点。
8.一种基于DEM的三维场景生成装置，其特征在于，包括：
坐标转换单元，用于获取叠加对象的三角网格模型并将所述三角网格模型的空间坐标转换为与GIS平台坐标系一致；
区域确定单元，用于计算导入所述GIS平台的所述三角网格模型的包围盒，并确定所述三角网格模型在航拍DEM中的正射投影区；
参考点确定单元，用于生成所述包围盒底部的栅格数据金字塔；分别以所述栅格数据金字塔中最高精度层级的各栅格点的当前坐标为初始起点，对所述初始起点向地向方向进行预设距离的平移以确定各所述初始起点对应的参考起始点；
求交单元，用于根据所述参考起始点与所述三角网格模型的底部求交，生成所述三角网格模型在所述正射投影区的适配高程数据；
叠加单元，用于在将所述叠加对象的三角网格模型与所述航拍DEM进行叠加时，根据所述适配高程数据修正所述航拍DEM中的正射投影区的高程数据后，加载所述三角网格模型。
9.一种存储器，其特征在于，包括软件程序，所述软件程序适于由处理器执行如权利要求1至7中任一所述基于DEM的三维场景生成方法的步骤。
10.一种基于DEM的三维场景生成设备，其特征在于，包括总线、处理器和如权利要求9中所述存储器；
所述总线用于连接所述存储器和所述处理器；
所述处理器用于执行所述存储器中的指令集。
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