CN112287138B - 一种城市信息模型的组织调度方法、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市信息模型的组织调度方法、装置和设备，城市信息模型的组织调度方法包括：将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件，以构建3D tiles瓦片集，进而构建基于KD树的瓦片集索引组织；针对小比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，而针对大比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染。采用本发明实施例，能实现城市信息模型从大范围场景到单个建筑体内部细节的显示，为各场景调度下城市信息模型的平滑过度提供保障，有效提高数据调度效率，使城市信息模型能够实现快速渲染，为国土规划业务的三维应用提供新型城市信息模型及组织调度方法。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息技术领域，尤其涉及一种城市信息模型的组织调度方法、装置和设备。
背景技术
城市化进程的快速推进，使得发展过程当中所面临的问题也逐渐显现。智慧城市的出现，有效结合了物联网、云计算、大数据等新一代信息通信技术，这为城市发展中的问题提供了一个一体化的解决方案——城市信息模型(CIM，City Information Model)。该模型既有大场景的空间信息数字描述及分析，又涵盖建筑内部设备和设施的描述，同时可以结合物联网技术关联环境和实体动态信息，是对城市地上地下、室内室外各种实体目标及其时空状态的数字化描述和表达。城市信息模型从数据类型上讲是由微观建筑信息模型(Building Information Model，简称BIM)、宏观地理空间系统(Geographic InformationSystem，简称GIS)、物联网(Internet of Things，简称IoT)数据构成。城市信息模型概念的提出，把原本模型针对于BIM的视野从单体建筑拉高到建筑群和城市一级，同时融合了海量数据，给予智慧城市更加有力的支撑。
城市信息模型可满足城市精细化管理的目标，为城市管理与发展提供新思路。然而在实施本发明过程中，发明人发现，目前对城市信息模型的应用仍然存在诸多缺陷。例如，目前的城市信息模型数据的整合方式上，存在信息丢失量大、工作量过大导致不普遍适用、数据组织混乱等问题；在城市信息模型数据的调度方面，存在调度效率低下，在渲染过程中存在大小场景间的过度不流畅，显示卡顿等问题。因此，如何能够进行有效的数据组织以及调度，是城市信息模型进行快速渲染以及空间分析的关键。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种城市信息模型的组织调度方法、装置和设备，能有效解决城市信息模型数据整合过程中信息量丢失、数据组织混乱的问题，提高数据调度效率，使城市信息模型能够实现快速渲染。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种城市信息模型的组织调度方法，包括：
将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构；
根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集包括B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件；
根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织；
针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺。
作为上述方案的改进，所述城市信息模型的组织调度方法，还包括步骤：
构建所述城市信息模型的包含不同语义层级的语义架构；其中，每一语义层级具有一一对应的场景比例尺大小，且所述语义层级的等级与对应的比例尺大小成反比；
则，所述针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染，具体为：
针对第一类语义层级的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
所述针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染，具体为：
针对第二类语义层级的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一类语义层级的等级高于所述第二类语义层级的等级。
作为上述方案的改进，所述替换方式的瓦片加载策略包括分级显示的纹理加载策略；
在所述分级显示的纹理加载策略中，每一纹理细节等级的分辨率具有一一对应的场景切换距离。
作为上述方案的改进，所述根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集，具体包括：
对所述glTF格式文件进行分级组织，打包形成不同细节级别的B3dm瓦片文件；
对所述glTF格式文件中可复制的单体结构进行归类，形成I3dm瓦片文件；
根据所述B3dm瓦片文件和所述I3dm瓦片文件，得到所述3D tiles瓦片集。
作为上述方案的改进，所述根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织，具体为：
根据所述3D tiles瓦片集，采用坐标轴方向上的最大方差的超平面划分方法，构件所述基于KD树的瓦片集索引组织。
作为上述方案的改进，在所述将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件之前，还包括步骤：
从所述传统三维模型数据和BIM模型数据中剥离属性信息文件，并建立数据库进行存储；
构建所述glTF格式文件与所述属性信息文件之间的映射关系。
作为上述方案的改进，所述城市信息模型的组织调度方法，还包括：
从所述数据库中查询所述属性信息文件，进行城市信息模型的空间分析。
作为上述方案的改进，所述城市信息模型的组织调度方法，还包括步骤：
获取所述城市信息模型的点云数据；
根据所述点云数据，构建所述3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集还包括Pnts瓦片文件。
本发明实施例还提供了一种城市信息模型的组织调度装置，包括：
格式转换模块，用于将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构；
瓦片集构建模块，用于根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集包括B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件；
KD树构建模块，用于根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织；
第一调度模块，用于针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
第二调度模块，用于针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺。
本发明实施例还提供了一种城市信息模型的组织调度设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的城市信息模型的组织调度方法。
与现有技术相比，本发明公开的一种城市信息模型的组织调度方法、装置和设备。将获取的传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF文件存储到3D Tiles瓦片中，实现了异构数据的有机结合。并且在格式转换过程基本不丢失数据，保证了数据的完整性。使用3D Tiles的方式能够有效地将瓦片组织起来，达到数据结构的有序化。根据实际应用设计出城市信息模型的语义架构，起到数据目录的作用，提供一个清晰的瓦片等级调度概念，有效满足国土规划业务的实际应用需求。结合语义架构对瓦片添加LOD技术，对glTF格式文件进行不同细节层次、场景范围的数据组织，打包整合成瓦片与瓦片集，形成能够根据语义快速查找、调度的索引树，在数据调度上提高调度速度。在不同场景下采取不同瓦片加载策略以及对纹理加载采用分级显示的方法，能避免大量数据一次性加载造成的网络拥挤情况，从而实现城市信息模型从大范围场景到单个建筑体内部细节的显示，为各场景调度下城市信息模型的平滑过度提供保障，实现城市信息模型的快速渲染及流畅显示的效果。另外，通过将几何数据与属性信息分开存储，有效降低数据冗余度，提高了空间分析所需的属性查询效率和场景渲染中瓦片调度的速度，解决城市信息模型数据整合过程中信息量丢失、数据组织混乱、难以支撑空间分析应用的问题。本发明能够为国土规划业务提供不同层级的场景模型，结合数据库存储属性的方式，提高模型在空间分析和规划中及时计算的能力，为国土规划业务三维应用提供了新型的城市信息模型及其组织调度方式，有利于国土规划业务的发展。
附图说明
图1是本发明实施例一中一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图；
图2是本发明实施例二中一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图；
图3是本发明实施例中城市信息模型的语义架构示意图；
图4是本发明实施例三中一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图；
图5是本发明实施例四中一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图；
图6是本发明实施例五中一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图；
图7是本发明实施例六中一种城市信息模型的组织调度装置的结构示意图；
图8是本发明实施例七中一种城市信息模型的组织调度设备的结构示意图。
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作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。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图。所述城市信息模型的组织调度方法，通过步骤S11至S15执行：
S11、将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构。
具体地，获取所述城市信息模型的传统三维模型数据和BIM模型数据。其中，传统三维模型建模主要是对CAD文件的可编辑多边形进行一系列操作来构建模型，例如坐标变换、重组、挤压等。建模完成后将要素的id编辑到场景下对应的根节点名称中，用于后面_BATCHID的添加与属性数据的映射。
glTF格式代表图形语言传输格式(Graphics Language Transmission Format)。在将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件的过程中，BIM模型需要导出IFC文件，再通过IFC文件转换成OBJ形式，最后转换成glTF形式。而传统三维模型可以直接导出OBJ格式，再转换为glTF格式。
作为优选的实施方式，在将传统三维模型转换为glTF格式文件之前，还包括：对获取的传统三维模型进行压缩。
具体地，对于大规模的倾斜模型，在传输时会给客户端的展示效率造成很大的困扰。因此，采用Draco压缩算法对三维模型进行压缩，能够显著减少三维模型文件的大小，并且其展示效果与压缩前无明显区别。Draco算法使用多种不同的技术，通过顶点位置、法线、颜色、纹理坐标等进行操作，在压缩比、解码速度和离散化损失方面对数据进行优化压缩。对于三维模型网格文件，Draco压缩算法采用将网格的连接信息和几何信息进行分别编码并进行存储。连接信息使用了EdgeBreaker等算法进行了编码压缩，对几何信息数据进行量化、预测压缩、熵编码，而在熵编码中采用了rANS算法。通过此压缩方法，能有效提高所述传统三维模型传输效率。
S12、根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集。
进一步地，将转换得到的所述glTF格式文件存储到3D tiles瓦片中，以实现异构数据的有机结合。优选地，所述瓦片集包括B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件。步骤S12具体包括步骤S121至S123：
S121、对所述glTF格式文件进行分级组织，打包形成不同细节级别的B3dm瓦片文件。
S122、对所述glTF格式文件中可复制的单体结构进行归类，形成I3dm瓦片文件。
S123、根据所述B3dm瓦片文件和所述I3dm瓦片文件，得到所述3D tiles瓦片集。
3D Tiles定义数据的基本框架是瓦片集，瓦片集包括瓦片集数据(tileset)和瓦片数据(tile)。瓦片集数据是对整个瓦片集的说明以及瓦片的空间组织结构的存储，瓦片数据主要作用是存储每个瓦片内的所有三维地信息数据，其中涵盖了模型数据、属性数据等。
一种实施方式下，不同比例尺下，在场景中显示的城市信息模型的大小、形态、细节程度均不同，特别是大比例尺的场景，其模型的细节层次相对明显。因此，在比例尺的过渡中，场景需要调用不同细节层次/级别的瓦片进行渲染和展示。对于一个普通的建筑物来说，形成的glTF格式文件具有上千个之多，因为每一glTF格式文件存储的都是建筑的单体结构，如门、窗、墙等。通过对这些glTF文件的合成，可以得到该建筑的建筑外部对应的glTF文件、建筑各楼层的glTF文件、建筑各房间的glTF文件等。将这些文件通过B3dm的数据组织方式进行打包，可以得到不同细节级别(LOD)层次的B3dm瓦片文件，用于后续实现瓦片数据的调度。
作为举例，以下为小场景中4种不同细节级别的B3dm瓦片文件以及其包含的与IFC类相对应的内容：
以单栋建筑为单位，将对应的单体构件进行合成，得到单栋建筑外观的glTF文件，根据IFC语义，单个glTF文件中应该包括外墙[IfcWall]、房顶[IfcRoof]。将这些glTF文件打包成b3dm文件。
以楼层作为单位，将部分单体构件glTF进行合成，得到单栋建筑每个楼层的glTF文件，根据IFC语义，单个glTF文件中应该包括外墙[IfcWall]、楼板[IfcSlab]、柱[IfcColumn]、楼梯[IfcStairs]、自动扶梯[IfcTransportElement]。将这些glTF文件进行打包形成一个B3dm文件。
以房间为单位，将部分单体构件的glTF进行合成，得到每个楼层对应的多个房间的glTF文件，根据IFC语义，单个glTF文件中应该包括门[IfcDoor]、窗[IfcWindow]、空间[IfcSpace]、幕墙[IfcCurtainWall]、各种家具[IfcFurnishingElement]等组成房间的IFC类。将这些glTF文件进行打包形成一个B3dm文件。
以单个建筑内的单个构件作为一个glTF文件，将这栋建筑包含的glTF文件进行打包，得到一个B3dm文件。
需要说明的是，除了BIM模型的IFC文件转换格式得到的glTF文件外，由传统三维模型转换得到的glTF文件也根据这个规则合成B3dm文件。
另一实施方式下，I3dm瓦片文件存储的模型强调的是物体的可复制性，也即I3dm的模型只用于表达一个对象，通过指定位置实现该模型对象在多个位置出现。作为举例，I3dm可以用于存储大尺度上的树木、风车、消防栓、井盖、路灯、交通信号灯等物体，也可以用于存储小尺度上的螺丝钉、阀门、插座等物体。I3dm体现的是要素的相同性、这种相同性不仅表现在要素的种类也表现在具体的内容。因此，通过对glTF格式文件中可复制的单体结构进行归类，将同一对象采用一个I3dm瓦片文件进行存储。I3dm从很大程度上减少了数据冗余度。
需要说明的是，在瓦片元数据的属性中，边界范围(bounding Volume)属性表示当前节点瓦片的空间范围，可以用包围盒box、地理包围区域region或者包围球sphere表示。此处选用常规包围盒box装载地理事物。
采用本发明实施例的技术手段，将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF文件并存储到3D Tiles瓦片中，实现了异构数据的有机结合，并且，在格式转换过程基本不丢失数据，保证了数据的完整性。使用3D Tiles的方式能够有效地将瓦片组织起来，达到数据结构的有序化。
S13、根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织。
瓦片空间索引的优劣在很大程度上决定了3DTiles的性能。用树结构表示的瓦片空间组织结构是瓦片集中最重要的部分。
在本发明实施例中，采用KD树建立索引。KD树是一种多维空间二叉树索引，K代表欧几里德空间的维度数，D代表维度，每一个非叶子节点可以被一个超平面划分为两个子空间，超平面的选择采用某种预设准则，对两个子空间采用同样的分割准则并结合递归方法进行划分，递归到最后将整个空间划分完毕。
将需要构建KD树的数据看作为一个n的矩阵，超平面选择准则为：求取n列数据中方差最大的那一列，以此列为排序对象，对矩阵进行排序，选择排序后的中位数，过中位数这一点且方差最大的那一列的坐标轴作为超平面。每划分一次的子节点采用同样的准则进行划分。
优选地，对于3DTiles数据，可以直接采用坐标轴方向x、y、z划分顺序进行划分，采用方差最大的超平面划分方法构建KD索引，具体包括S131至S133：
S131、依次求取x，y，z方向上的方差，分别记为x-var，y-var，z-var，求取其中最大值，记为max-var＝{max(x-var,y-var,z-var)}；
S132、以max-var对应的坐标轴为参考指标，记为max-coord，对整个数据进行排序，选择排序后的中位数作为父节点，以经过父节点垂直于max-coord的超平面平分空间，如果判断大于中位数的数据作为左子节点，小于中位数的数据作为右子节点；
S133、分别对左右子节点重复步骤S131和S132的迭代操作，直到索引的数据被划分到预设程度为止。
需要说明的是，I3dm瓦片文件的索引在经过上述步骤后即可构造完成。B3dm瓦片集在经过上述步骤后，KD树的叶子节点处，空间已被划分得相对小，但是城市信息模型的展示还需要考虑到从大场景(多栋建筑)到小场景(单栋建筑以及其内部)的切换，所以还需要对装载小场景的b3dm瓦片进行索引的构建。由此，KD树还需添加四级的结点，按级数顺序由上至下，包含的内容按顺序是“建筑-楼层-房间-单体构件”的B3dm瓦片文件。即叶子节点指向的B3dm文件存储的是建筑包含的单体构件。
需要说明的是，数据被划分到的预设程度可以根据实际情况而定。
在本发明实施例中，相比于采用其他树结构建立索引的情况，采用两端平衡、搜索速度快的KD树索引对瓦片进行组织，由于KD树并不像典型的二维地理空间切片算法那样规则分割，因此KD树可以为稀疏和不均匀分布的数据集创建更加和谐的树型结构，适合瓦片的快速搜索与调度。
S14、针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染。
S15、针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺。
在数据调度过程中，为了避免空间上海量的信息在狭小的显示屏幕中显示受限，采用对瓦片添加LOD细节层次的方式。在三维空间中LOD技术中，瓦片中的“refine”属性，用于描述瓦片加载的方式，分为“附加”(ADD)和“替换”(REPLACE)两种加载策略。“替换”的思路就是使用子节点中更加精细的模型代替父亲节点中略显粗糙的模型，在地图处于小比例尺时采用低分辨率的影像数据，在大比例尺时采用高分辨率的影像。而“附加”则是在父亲节点的模型基础上再增加一些相对次要的模型，从而使三维场景包含更多的信息。
在本发明实施例中，预先对不同的比例尺大小进行设定，划分为第一预设比例尺和第二预设比例尺，其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺。在较小比例尺场景下，也即第一预设比例尺的场景下，屏幕视点与建筑之间距离较远，且在屏幕范围内显示的建筑较多，适合使用附加方式进行瓦片的加载。并且，由于i3dm瓦片存储的模型中，具有重复性的树、路灯、消防栓居多，此类模型不需要精细化处理，故比例尺变大时，不需要进行替换，只需要进行附加显示即可。而当场景到达更大比例尺场景时，也即第二预设比例尺场景下，建筑需要显示更多的细节，适合使用“替换”方式进行瓦片加载。
优选地，所述替换方式的瓦片加载策略包括分级显示的纹理加载策略。在所述分级显示的纹理加载策略中，每一纹理细节等级的分辨率具有一一对应的场景切换距离。
对于使用“替换”方式加载的瓦片，LOD纹理级别分成四个等级的分辨率，每一级分辨率对应一个切换距离，也即该距离为与模型表面视点的距离，切换距离的范围在[near，far]之间。在一种实施方式下，LOD纹理级别与切换距离之间关系如表1：
表1 LOD纹理级别与切换距离的关系
在视点距离小于等于100m时，使用LOD1级别的纹理；视点距离在100m到200m之间时，使用LOD2级别的纹理；当视点距离在200m到300m之间时，使用LOD3级别的纹理；最后，视点处于300m到400m之间使，采用LOD4级别的纹理。
采用本发明实施例的技术手段，能够避免从一开始的大场景便进行细节纹理的加载，导致网络负载增多造成卡顿的现象，以及由于屏幕视点与建筑距离较远，纹理细节过小，显示不清晰的情况。不同场景下采取不同瓦片加载策略以及对纹理加载采用分级显示的方法，有效地避免了大量数据一次性加载造成的网络拥挤情况，使大小场景间的过度更加流畅平滑。
参见图2，是本发明实施例二提供的一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图。本发明实施例二在实施例一的基础上实施，所述城市信息模型的组织调度方法，包括步骤S21至S26：
S21、将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构。
S22、根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集包括B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件。
S23、根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织。
在本发明实施例二中，步骤S21至S23与上述实施例一的步骤S11至S13的执行过程相同，且能获得相似的有益效果，在此不再赘述。
S24、构建所述城市信息模型的包含不同语义层级的语义架构；其中，每一语义层级具有一一对应的场景比例尺大小，且所述语义层级的等级与对应的比例尺大小成反比。
在本发明实施例中，根据不同场景的比例尺大小，构建相应的语义层级。在一种实施方式下，参见图3，是本发明实施例中城市信息模型的语义架构示意图。将城市信息模型的语义架构划分为9层的语义层级，按照等级从高到低依次为：城市、区、街道、社区/村、地块/单元、建筑、楼层、房间、建筑构件。
具体地，第一层为“城市”，即整个城市信息模型范围的立方体。它对应着3DTiles的KD树索引组织中的根节点。
第二层为“区”，指的是地级行政区之下、乡级行政区之上的县级行政区中的区与县。
第三层为“街道”，其规模与比例尺为1：10000或1：20000的瓦片对应。
第四层为“社区/村”，社区即城市中以某种社会特征划分的居住区，村，农民聚居的地方，也泛指小的居住区。其基本比例尺为1：5000。
第五层为“地块/单元”，人为划定的一定地块，其包含该地块上的所有建筑、植被、公共设施等。其基本比例尺为1：2500。
第六层为“建筑”，除了与IFC层次树中的IFCBuilding类对应外，还指由传统三维模型转换而来的建筑整体，与KD树结构中第四级节点相对应。
第七层为“楼层”，与IFC层次树中的IFCBuildingStorey类对应，与KD树结构中底三级节点相对应。
第八层为“房间”，即由IFC层次树中IFCBuildingElement类组合起来的用于描述房间的构件组合，与KD树结构中底二级节点相对应。
第九层为“建筑构件”，与IFC层次树中的IFCBuildingElement类内各个不同小类，即建筑内部的桌、椅、门、窗等细节构件。对应KD树结构中的叶子节点。
S25、针对第一类语义层级的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染。
S26、针对第二类语义层级的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染。
将上述九层语义层级根据调度和渲染需要，划分为第一类语义层级和第二类语义层级，其中，所述第一类语义层级的等级高于所述第二类语义层级的等级。
作为举例，将城市、区、街道三层等级较高的语义层级，划分为第一类语义层级，将社区/村、地块/单元、建筑、楼层、房间、建筑构件六层等级较高的语义层级，划分为第一类语义层级。则在数据调度过程中，在第一类语义层级的大场景下，如在城市、区、街道的比例尺等级场景中，使用“附加”方式进行瓦片的加载；场景到达社区及更大比例尺场景时，建筑需要显示更多的细节，则使用“替换”方式进行加载，分级显示更细节的纹理。
在本发明实施例中，语义信息是连接城市信息模型数据和业务应用系统的基础。在地理空间信息认知采用位置关系、拓扑关系进行表达。在数据的调度过程中，所设计的语义层级模型可以起到“数据目录”的作用，确定数据的调取范围，加快数据调度效率及提高可视化效果。
可以理解的，在对glTF格式文件进行3D tiles瓦片集打包的过程中，也可以建立的所述城市信息模型的语义架构作为参考，对glTF格式文件进行不同细节层次、场景范围的数据组织，打包整合成瓦片与瓦片集，从而为后续各场景调度过程中的平滑过度提供保障，实现城市信息模型从大范围(如城市所有建筑)到单个建筑体内部细节的显示。
参见图4，是本发明实施例三提供的一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图。本发明实施例三在实施例一或二的基础上实施，所述城市信息模型的组织调度方法，还包括步骤S31至S33：
S31、从所述传统三维模型数据和BIM模型数据中剥离属性信息文件，并建立数据库进行存储；
S32、构建所述glTF格式文件与所述属性信息文件之间的映射关系。
S33、从所述数据库中查询所述属性信息文件，进行城市信息模型的空间分析。
在发明实施例中，在获取所述传统三维模型数据和BIM模型数据之后，将数据的属性信息文件剥离出来。对于BIM模型数据，在IFC文件形式转换前，会从文件整体剥离其属性文件，剥离属性后对IFC文件进行id编号，用于后面_BATCHID的添加与属性数据的映射，之后再转换文件格式。
B3dm瓦片存储多个个体，可用于存储带纹理的地形表面、三维建筑物的外部和内部、大量模型等。其数据格式由一个头文件(Header)及一个主体(Body)组成。头文件用于瓦片自身的描述，主体包含Batch Table和Binary glTF两部分。内嵌glTF需要_BATCHID数据，用于对每个模型进行区分。属性信息的存储有两种方案：一是全部存储到Batch Table的批量表中。在空间分析应用中，为缩短城市信息模型的数据查询时间，本发明在数据库中存储属性信息文件，并采用_BATCHID映射方法查询城市信息模型的属性，从而提高其空间分析效率。
批量表存储了glTF格式文件的batchid，对于该瓦片内glTF数据是唯一的，通过batchid可将属性信息与几何信息进行关联，数据库表以“瓦片名称，batchid，属性信息”的方式进行存储。
I3dm瓦片存储的模型，强调物体的可复制性。I3dm的文件格式与b3dm相似，主要区别在于要素表部分，要素表除了实例的个数还需要存储实例的位置以及方位，通过位置坐标与方向参数确定实例模型在三维椭球上的渲染位置与姿态。它的属性信息也可以以“瓦片名称，batchid，属性信息”的方式存储到数据库。
在本发明实施例中，将几何数据与属性数据分开存储，有效降低城市信息模型在空间分析过程中的数据冗余度，提高了空间分析所需的属性查询效率和场景渲染中瓦片调度的速度。
参见图5，是本发明实施例四中一种城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图。本发明实施例四在实施例一或二的基础上实施，所述城市信息模型的组织调度方法，具体包括步骤S41至S46：
S41、获取所述城市信息模型的点云数据、传统三维模型数据和BIM模型数据；
S42、将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构；
S43、根据所述glTF格式文件和所述点云数据，构建3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集包括根据glTF格式文件形成的B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件，以及根据点云数据形成的Pnts瓦片文件；
S44、根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织；
S45、针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
S46、针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺。
在本发明实施例中，除了根据传统三维模型数据和BIM模型数据转化得到的glTF格式文件打包形成的B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件外，还包括根据点云数据形成的Pnts瓦片文件，从而构建所述3D tiles瓦片集。
在此基础上，在根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织的过程中，还包括Pnts瓦片文件的索引。因为由点云瓦片展示的模型不具备模型内部细节的数据，同样采用上述步骤S131至S133即可构造完成点云瓦片的索引。
作为优选的实施方式，在获取所述城市信息模型的点云数据、传统三维模型数据和BIM模型数据之后，还包括步骤：
对所述城市信息模型的点云数据、传统三维模型数据进行压缩。
具体地，采用Draco压缩算法对三维模型进行压缩，能够显著减少三维模型文件的大小。这种算法不仅支持三维模型的压缩，同时还能实现对于点云数据的压缩，同时其展示效果与压缩前无明显区别。由于两种数据表示在本质上是不同的，Draco算法不依赖于单一的压缩算法，而是使用多种不同的技术，通过顶点位置、法线、颜色、纹理坐标等进行操作，在压缩比、解码速度和离散化损失方面对这两种数据进行优化压缩。对于三维模型网格文件，Draco整体思路是将网格的连接信息和几何信息进行分别编码并进行存储。连接信息使用了EdgeBreaker等算法进行了编码压缩，对几何信息数据进行量化、预测压缩、熵编码，而在熵编码中采用了rANS算法。对于点云数据，Draco主要依靠使用kd树重新排列点的顺序优化编码。位置数据由可配置数量的量化比特离散化。虽然这自然会导致空间分辨率的损失，但可以根据精度或视觉质量的要求对其进行微调。通过此压缩方法，能有效提高三维模型以及点云数据的传输效率。
在一种最优选实施方式中，参见图6，是本发明实施例五提供的一种最优选的城市信息模型的组织调度方法的步骤示意图。上述实施例一至四的步骤流程均在本发明实施例五中体现，在此不一一赘述。
本发明实施例提供的一种城市信息模型的组织调度方法，将获取的传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF文件存储到3D Tiles瓦片中，实现了异构数据的有机结合。并且在格式转换过程基本不丢失数据，保证了数据的完整性。使用3D Tiles的方式能够有效地将瓦片组织起来，达到数据结构的有序化。根据实际应用设计出城市信息模型的语义架构，起到数据目录的作用，提供一个清晰的瓦片等级调度概念，有效满足国土规划业务的实际应用需求。结合语义架构对瓦片添加LOD技术，对glTF格式文件进行不同细节层次、场景范围的数据组织，打包整合成瓦片与瓦片集，形成能够根据语义快速查找、调度的索引树，在数据调度上提高调度速度。在不同场景下采取不同瓦片加载策略以及对纹理加载采用分级显示的方法，能避免大量数据一次性加载造成的网络拥挤情况，从而实现城市信息模型从大范围场景到单个建筑体内部细节的显示，为各场景调度下城市信息模型的平滑过度提供保障，实现城市信息模型的快速渲染及流畅显示的效果。另外，通过将几何数据与属性信息分开存储，有效降低数据冗余度，提高了空间分析所需的属性查询效率和场景渲染中瓦片调度的速度，解决城市信息模型数据整合过程中信息量丢失、数据组织混乱、难以支撑空间分析应用的问题。本发明能够为国土规划业务提供不同层级的场景模型，结合数据库存储属性的方式，提高模型在空间分析和规划中及时计算的能力，为国土规划业务三维应用提供了新型的城市信息模型及其组织调度方式，有利于国土规划业务的发展。
参见图7，是本发明实施例六提供的一种城市信息模型的组织调度装置。本发明实施例六中，所述城市信息模型的组织调度装置60包括：
格式转换模块61，用于将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构；
瓦片集构建模块62，用于根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集包括B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件；
KD树构建模块63，用于根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织；
第一调度模块64，用于针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
第二调度模块65，用于针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种城市信息模型的组织调度装置用于执行上述实施例一至五任一实施例所述的一种城市信息模型的组织调度方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。
参见图8，是本发明实施例七提供的一种城市信息模型的组织调度设备。所述城市信息模型的组织调度设备70，包括处理器71、存储器72以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例一至五任意一项所述的城市信息模型的组织调度方法。
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的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种城市信息模型的组织调度方法，其特征在于，包括：
将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构；
根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集包括B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件；
根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织；
针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺；
所述城市信息模型的组织调度方法，还包括步骤：
构建所述城市信息模型的包含不同语义层级的语义架构；其中，每一语义层级具有一一对应的场景比例尺大小，且所述语义层级的等级与对应的比例尺大小成反比；
则，所述针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染，具体为：
针对第一类语义层级的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
所述针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染，具体为：
针对第二类语义层级的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一类语义层级的等级高于所述第二类语义层级的等级。
2.如权利要求1所述的城市信息模型的组织调度方法，其特征在于，所述替换方式的瓦片加载策略包括分级显示的纹理加载策略；
在所述分级显示的纹理加载策略中，每一纹理细节等级的分辨率具有一一对应的场景切换距离。
3.如权利要求1所述的城市信息模型的组织调度方法，其特征在于，所述根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集，具体包括：
对所述glTF格式文件进行分级组织，打包形成不同细节级别的B3dm瓦片文件；
对所述glTF格式文件中可复制的单体结构进行归类，形成I3dm瓦片文件；
根据所述B3dm瓦片文件和所述I3dm瓦片文件，得到所述3D tiles瓦片集。
4.如权利要求1所述的城市信息模型的组织调度方法，其特征在于，所述根据所述3Dtiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织，具体为：
根据所述3D tiles瓦片集，采用坐标轴方向上的最大方差的超平面划分方法，构建所述基于KD树的瓦片集索引组织。
5.如权利要求1所述的城市信息模型的组织调度方法，其特征在于，在所述将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件之前，还包括步骤：
从所述传统三维模型数据和BIM模型数据中剥离属性信息文件，并建立数据库进行存储；
构建所述glTF格式文件与所述属性信息文件之间的映射关系。
6.如权利要求5所述的城市信息模型的组织调度方法，其特征在于，所述城市信息模型的组织调度方法，还包括：
从所述数据库中查询所述属性信息文件，进行城市信息模型的空间分析。
7.如权利要求1所述的城市信息模型的组织调度方法，其特征在于，所述城市信息模型的组织调度方法，还包括步骤：
获取所述城市信息模型的点云数据；
根据所述点云数据，构建所述3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集还包括Pnts瓦片文件。
8.一种城市信息模型的组织调度装置，其特征在于，包括：
格式转换模块，用于将传统三维模型数据和BIM模型数据转换为glTF格式文件；其中，所述glTF格式文件用于存储建筑的单体结构；
瓦片集构建模块，用于根据所述glTF格式文件，构建3D tiles瓦片集；其中，所述瓦片集包括B3dm瓦片文件和I3dm瓦片文件；
KD树构建模块，用于根据所述3D tiles瓦片集，构建基于KD树的瓦片集索引组织；
第一调度模块，用于针对第一预设比例尺下的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
第二调度模块，用于针对第二预设比例尺下的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一预设比例尺小于所述第二预设比例尺；
所述城市信息模型的组织调度装置，还包括：
语义架构构建模块，用于构建所述城市信息模型的包含不同语义层级的语义架构；其中，每一语义层级具有一一对应的场景比例尺大小，且所述语义层级的等级与对应的比例尺大小成反比；
则，所述第一调度模块具体用于：
针对第一类语义层级的场景切换，采用附加方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；
所述第二调度模块具体用于：
针对第二类语义层级的场景切换，采用替换方式的瓦片加载策略，根据所述基于KD树的瓦片集索引组织调取相应的瓦片数据进行渲染；其中，所述第一类语义层级的等级高于所述第二类语义层级的等级。
9.一种城市信息模型的组织调度设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的城市信息模型的组织调度方法。
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