CN112562062B - 一种道路交叉口三维模型自动生成方法 - Google Patents

一种道路交叉口三维模型自动生成方法 Download PDF

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CN112562062B CN202011386970.1A CN202011386970A CN112562062B CN 112562062 B CN112562062 B CN 112562062B CN 202011386970 A CN202011386970 A CN 202011386970A CN 112562062 B CN112562062 B CN 112562062B
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Abstract

本发明公开了一种道路交叉口三维模型自动生成方法，包括以下步骤：获取道路交叉口的基础参数；按照道路交叉口的组成结构分层拆解道路交叉口，获取路面模型、人行道模型、车道线模型和车道导向箭头模型；计算模型的顶点坐标；由模型的顶点坐标作为三角形顶点坐标将模型三角化，按照三角形顶点坐标构建顶点索引数组，生成三角网格模型；分别为模型创建不同的材质，并将其赋予到相对应的三角网格模型上；将所有三角网格模型合并建立道路交叉口模型。本发明能够通过参数化的方式对道路交叉口的三维模型进行自动生成，用户只需要指定道路交叉口的基础参数，便能自动生成对应的三维模型，方便快捷，极大地提高了道路交叉口的建模效率。

Description

一种道路交叉口三维模型自动生成方法
技术领域
本发明涉及三维建模技术领域，尤其涉及一种道路交叉口三维模型自动生成方法。
背景技术
现有的3D道路一般都采用手工建模的方法，通过使用一些例如maya、3dmax等3D建模软件人工手动地建立道路的三角形网格模型。人工手动建模的方法能够使模型非常细腻真实，但其最大的缺点是手动建模工作量大，效率极其低下，这样不利于提高生产力和生产效率，严重影响了3D道路模型在各个领域中应用。
发明内容
本发明主要解决原有的道路交叉口三维模型生成方法效率低下的技术问题；提供一种道路交叉口三维模型自动生成方法，能够通过参数化的方式对道路交叉口的三维模型进行自动生成，用户只需要指定道路交叉口的基础参数，便能自动生成对应的三维模型，方便快捷，极大地提高了道路交叉口的建模效率。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：
S1、获取道路交叉口的基础参数；
S2、按照道路交叉口的组成结构分层拆解道路交叉口，获取路面模型、人行道模型、车道线模型和车道导向箭头模型；
S3、计算步骤S2中所述模型的顶点坐标；
S4、由所述模型的顶点坐标作为三角形顶点坐标将所述模型三角化，按照所述三角形顶点坐标构建顶点索引数组，生成三角网格模型；
S5、分别为步骤S2中所述模型创建不同的材质，并将其赋予到相对应的三角网格模型上；
S6、将所有三角网格模型合并建立道路交叉口模型。
本发明能够通过参数化的方式对道路交叉口的三维模型进行自动生成，用户只需要指定道路交叉口的基础参数，便能自动生成对应的三维模型，方便快捷，而且能够根据基础参数的修改对道路交叉口的三维模型进行实时显示，具有很强的灵活性和时效性；当实际的道路交叉口形态发生改变时，相对于手工建模的方式模型化道路交叉口，本发明只需要更改道路交叉口的基础参数，重新生成一下即可，极大地提高了道路交叉口的建模效率并降低了维护成本。
作为优选，所述的计算路面模型的顶点坐标，具体包括：
S311、计算路面的顶点坐标，通过公式RWl＝lw*lnl+(lnl-1)*d2′+d2′/2和RWr＝lw*lnr+(lnr-1)*d2′+d2′/2计算出左右路面宽度，其中RWr为右路面宽度，RWl为左路面宽度，lw为车道宽，lnr为进车道数，lnl为出车道数，d2′为车道线宽，由左右路面宽度得到路面顶部和底部的顶点的X坐标，由路面长度得到路面底部的顶点的Z坐标，给定路面所有顶点的Y坐标为0，给定路面顶部的顶点的Z坐标为0；
S312、根据路面旋转角将路面绕Y轴进行逆时针旋转，并计算旋转后的路面的顶点坐标，计算公式如下，
Figure BDA0002809970920000021
其中
Figure BDA0002809970920000022
为路面顶点坐标构成的3D向量，θ为路面旋转角，Ry(θ)为绕Y轴旋转的3×3矩阵，n为路面顶点数；
S313、由步骤S311和步骤S312可知路面以及邻近路面的顶点坐标，计算路面与邻近路面相交直线的直线方程，联立相交直线的直线方程，计算路面与邻近路面的左右交点坐标；
S314、计算路面的平移向量和垂足坐标：
构建路面左交点与其下方路面顶点的向量以及路面右交点与其下方路面顶点的向量；
由三维向量求模公式
Figure BDA0002809970920000023
计算路面左交点与其下方路面顶点的向量的模d1和路面右交点与其下方路面顶点的向量的模d2；
判断d1是否大于d2，若d1>d2，则从左交点向路面的右边界线作垂线，并将路面左交点与其下方路面顶点的向量作为路面的平移向量，若d1≤d2，则从右交点向路面的左边界线作垂线，并将路面右交点与其下方路面顶点的向量作为路面的平移向量；
计算垂足所在边线的直线方程以及垂线的直线方程，联立直线方程，计算出垂足的坐标；
S315、将路面沿平移向量平移，并计算路面沿平移向量平移后的顶点坐标，计算公式如下，
Figure BDA0002809970920000024
其中
Figure BDA0002809970920000031
为4D向量[x,y,z,1]，由路面顶点坐标构成的3D向量[x,y,z]扩展获取，M为根据平移向量构造的4×4平移矩阵，Δx、Δy、Δz分别为平移向量在x、y、z三个轴向上的分量，n为路面顶点数；
S316、通过步骤S313和步骤S314计算由各个路面的左右交点和垂足构成的路面多边形的顶点坐标。
作为优选，所述的计算人行道模型的顶点坐标，具体包括：
S321、计算路面宽度，计算公式如下，
RW＝RWr+RWl
其中，RWr为右路面宽度，通过公式RWr＝lw*lnr+(lnr-1)*d2′+d2′/2计算获取，RWl为左路面宽度，通过公式RWl＝lw*lnl+(lnl-1)*d2′+d2′/2计算获取，lw为车道宽，lnr为进车道数，lnl为出车道数，d2′为车道线宽；
计算斑马线数量，计算公式如下，
n1＝[RW/(w+d)]
其中w为斑马线的宽度，d为斑马线之间的间隔，RW为路面宽度；
S322、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程；
S323、计算每条斑马线左右边界线所在直线与直线L1″的交点，得到每条斑马线顶部顶点的X坐标和Z坐标；将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s得到直线L2″，计算每条斑马线左右边界线所在直线与直线L2″的交点，得到每条斑马线底部顶点的X坐标和Z坐标，给定斑马线的顶点的Y坐标均为固定值y1。
作为优选，所述的计算车道线模型的顶点坐标，具体包括：
S331、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程；
S332、将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s1得到直线L3″，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s2得到直线L4″，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s3得到直线L5″；
S333、计算路面中心线的左右边界线所在直线与直线L3″的交点，得到路面中心线顶部顶点的X坐标和Z坐标，计算路面中心线的左右边界线所在直线与直线L5″的交点，得到路面中心线底部顶点的X坐标和Z坐标；
S334、计算路面中心线与车道停止线相交一侧的边界线所在直线与直线L5″和直线L4″的交点，以及计算与车道停止线相交的路面边界线所在直线与直线L5″和直线L4″的交点，得到车道停止线所有顶点的X坐标和Z坐标；
S335、计算进车道每条实车道线的左右边界线所在直线与直线L4″的交点，得到进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标和Z坐标，结合进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标和Z坐标以及进车道实车道线长度，得到进车道每条实车道线底部顶点的X坐标和Z坐标；
S336、计算进车道虚车道线数量，计算公式如下，
Figure BDA0002809970920000041
其中，rh为路面长度，h为斑马线的长度，d1′为斑马线与停止线的间距，d2′为车道线宽，d3′为进车道实车道线长度，d4′为虚车道线长度，d5′为虚车道线之间的间隔，并计算每条进车道虚车道线顶点的X坐标和Z坐标；
S337、计算出车道每条车道线左右边界线所在直线的直线方程；
S338、计算出车道虚车道线数量，计算公式如下，
Figure BDA0002809970920000042
其中，rh为路面长度，h为斑马线的长度，d1′为斑马线与停止线的间距，d2′为车道线宽，d4′为虚车道线长度，d5′为虚车道线之间的间隔，并计算每条出车道虚车道线顶点的X坐标和Z坐标；
S339、给定车道线模型所有顶点的Y坐标均为固定值y2，结合步骤S333～S338计算获取的X坐标和Z坐标，得到车道模型所有顶点的坐标。
作为优选，所述的计算车道导向箭头模型的顶点坐标，具体包括：
S341、根据车道导向类型数据计算车道导向箭头的顶点坐标；
S342、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s4得到直线L6″；
S343、计算直线L6″与每个进车道中心线所在直线的交点坐标，所述交点坐标为每个车道导向箭头的放置位置坐标；
S344、计算每个车道导向箭头的顶点坐标与放置位置坐标之间的偏移值；
S345、将每个车道的导向箭头根据偏移向量平移至箭头放置位置。
作为优选，所述的平移距离的计算公式如下：
Figure BDA0002809970920000051
其中，k为平移前直线的斜率，d为平移前直线与平移后直线的垂直距离。
本发明的有益效果是：本发明能够通过参数化的方式对道路交叉口的三维模型进行自动生成，用户只需要指定道路交叉口的基础参数，便能自动生成对应的三维模型，方便快捷，而且能够根据基础参数的修改对道路交叉口的三维模型进行实时显示，具有很强的灵活性和时效性；当实际的道路交叉口形态发生改变时，相对于手工建模的方式模型化道路交叉口，本发明只需要更改道路交叉口的基础参数，重新生成一下即可，极大地提高了道路交叉口的建模效率并降低了维护成本。
附图说明
图1是本发明的一种方法流程图。
图2～图6是本发明路面模型的计算过程示意图。
图7是本发明人行道模型的计算过程示意图。
图8是本发明车道线模型的计算过程示意图。
图9是本发明车道导向箭头模型的计算过程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种道路交叉口三维模型自动生成方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、获取道路交叉口的基础参数，基础参数包括交叉口路面数、进车道数、出车道数、路面旋转角、车道导向类型等；
S2、按照道路交叉口的组成结构分层拆解道路交叉口，获取路面模型、人行道模型、车道线模型和车道导向箭头模型；
S3、计算步骤S2中所有模型的顶点坐标；
S4、由模型的顶点坐标作为三角形顶点坐标将模型三角化，按照三角形顶点坐标构建顶点索引数组，生成三角网格模型；
S5、分别为步骤S2中所有模型创建不同的材质，并将其赋予到相对应的三角网格模型上；
S6、将所有三角网格模型合并建立道路交叉口模型。
计算路面模型的顶点坐标，具体包括：
S311、计算路面的顶点坐标，如图2所示，Z轴表示南北方向，X轴表示东西方向，通过公式RWl＝lw*lnl+(lnl-1)*d2′+d2′/2和RWr＝lw*lnr+(lnr-1)*d2′+d2′/2计算出左右路面宽度，其中RWr为右路面宽度，RWl为左路面宽度，lw为车道宽，lnr为进车道数，lnl为出车道数，d2′为车道线宽，由左右路面宽度得到路面顶部的两个顶点V1和V4的X坐标，由路面长度rh得到路面底部的两个顶点V2和V3的Z坐标，给定路面所有顶点的Y坐标为0，由此得到路面的顶点坐标，其中路面顶部的两个顶点坐标为V1(RWr,0,0)和V4(-RWl,0,0)，路面底部的两个顶点坐标为V2(RWr,0,rh)和V3(-RWl,0,rh)；
S312、根据路面旋转角将路面绕Y轴进行逆时针旋转，并计算旋转后的路面的顶点坐标，计算公式如下，
Figure BDA0002809970920000061
其中
Figure BDA0002809970920000062
为路面顶点坐标构成的3D向量，θ为路面旋转角，Ry(θ)为绕Y轴旋转的3×3矩阵，n为路面顶点数，如图3所示，M1为旋转前的路面，M1′为旋转后的路面；
S313、由步骤S311和步骤S312可知路面以及邻近路面的顶点坐标，计算路面与邻近路面相交直线的直线方程，联立相交直线的直线方程，计算路面与邻近路面的左右交点坐标，如图4所示，由两点式直线公式
Figure BDA0002809970920000063
计算过顶点V1和V2的直线L1的直线方程以及过顶点V7和V8的直线L2的直线方程，联立两条直线的直线方程，求得交点CP的坐标；
S314、计算路面的平移向量和垂足坐标：
构建路面左交点与其下方路面顶点的向量以及路面右交点与其下方路面顶点的向量；
由三维向量求模公式
Figure BDA0002809970920000071
计算路面左交点与其下方路面顶点的向量的模d1和路面右交点与其下方路面顶点的向量的模d2；
判断d1是否大于d2，若d1>d2，则从左交点向路面的右边界线作垂线，并将路面左交点与其下方路面顶点的向量作为路面的平移向量，若d1≤d2，则从右交点向路面的左边界线作垂线，并将路面右交点与其下方路面顶点的向量作为路面的平移向量；
计算垂足所在边线的直线方程以及垂线的直线方程，联立直线方程，计算出垂足的坐标；
如图5所示，已知路面M2与其左侧邻近路面的左交点为CPl，路面M2与其右侧邻近路面的右交点为CPr，构建左交点CPl与路面M2顶点V4′的向量
Figure BDA0002809970920000072
构建右交点CPr与路面M2顶点V1′的向量
Figure BDA0002809970920000073
由三维向量求模公式
Figure BDA0002809970920000074
计算向量
Figure BDA0002809970920000075
的模d1和向量
Figure BDA0002809970920000076
的模d2，由于d1>d2，则从左交点CPl向右侧路面边缘作垂线L2′，并将向量
Figure BDA0002809970920000077
作为路面平移向量
Figure BDA0002809970920000078
由两点式直线公式
Figure BDA0002809970920000079
计算出点V1′和V2′所在直线L1′的直线方程，由点斜式直线公式y-y1＝k(x-x1)计算出垂线L2′的直线方程，联立直线L1′的直线方程和垂线L2′的直线方程，计算出垂足P的坐标；
S315、将路面沿平移向量
Figure BDA00028099709200000710
平移，并计算路面沿平移向量
Figure BDA00028099709200000711
平移后的顶点坐标，计算公式如下，
Figure BDA00028099709200000712
其中
Figure BDA00028099709200000713
为4D向量[x,y,z,1]，由路面顶点坐标构成的3D向量[x,y,z]扩展获取，M为根据平移向量
Figure BDA00028099709200000714
构造的4×4平移矩阵，Δx、Δy、Δz分别为平移向量
Figure BDA00028099709200000715
在x、y、z三个轴向上的分量，n为路面顶点数，如图5所示，M2是平移前的路面，M2′是平移后的路面；
S316、通过步骤S313和步骤S314计算由各个路面的左右交点和垂足构成的路面多边形的顶点坐标，如图6所示。
计算人行道模型的顶点坐标，具体包括：
S321、计算路面宽度，计算公式如下，
RW＝RWr+RWl
其中，RWr为右路面宽度，通过公式RWr＝lw*lnr+(lnr-1)*d2′+d2′/2计算获取，RWl为左路面宽度，通过公式RWl＝lw*lnl+(lnl-1)*d2′+d2′/2计算获取，lw为车道宽，lnr为进车道数，lnl为出车道数，d2′为车道线宽；
计算斑马线数量，计算公式如下，
n1＝[RW/(w+d)]
其中w为斑马线的宽度，d为斑马线之间的间隔，RW为路面宽度；
S322、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程：由步骤S313可以得到每个路面与邻近路面的左右交点坐标，根据两点式直线方程计算求得路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程；
S323、计算每条斑马线左右边界线所在直线与直线L1″的交点，得到每条斑马线顶部顶点的X坐标和Z坐标；将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s得到直线L2″，计算每条斑马线左右边界线所在直线与直线L2″的交点，得到每条斑马线底部顶点的X坐标和Z坐标，给定斑马线的顶点的Y坐标均为固定值y1：
如图7所示，Z轴表示南北方向，X轴表示东西方向，每条斑马线左右边界线所在直线的直线方程为：
Figure BDA0002809970920000081
其中n1为斑马线数量，w为斑马线的宽度，d为斑马线之间的间隔，RW为路面宽度，将每条斑马线左右边界线所在直线的直线方程与直线L1″的直线方程联立，求得每条斑马线顶部顶点的X坐标和Z坐标；
将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s得到直线L2″，已知直线L1″的直线方程，且直线L2″是由直线L1″平移距离s得到，故可以获知直线L2″的直线方程，将每条斑马线左右边界线所在直线的直线方程与直线L2″的直线方程联立，求得每条斑马线底部顶点的X坐标和Z坐标；
给定斑马线的顶点的Y坐标均为固定值y1＝0.01，由此求得人行道模型的所有顶点坐标。
平移距离s的计算公式为
Figure BDA0002809970920000091
其中k为直线L1″的斜率，d的值取斑马线的长度h。
如图8所示，Z轴表示南北方向，X轴表示东西方向，计算车道线模型的顶点坐标，具体包括：
S331、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程：由步骤S313可以得到每个路面与邻近路面的左右交点坐标，根据两点式直线方程计算求得路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程；
S332、将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s1得到直线L3″，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s2得到直线L4″，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s3得到直线L5″：
将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s1得到直线L3″，已知直线L1″的直线方程，且直线L3″是由直线L1″平移距离s1得到，故可以获知直线L3″的直线方程，平移距离s1的计算公式为
Figure BDA0002809970920000092
其中k为直线L1″的斜率，d的值取斑马线与停止线的间距d1′；
将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s2得到直线L4″，已知直线L1″的直线方程，且直线L4″是由直线L1″平移距离s2得到，故可以获知直线L4″的直线方程，平移距离s2的计算公式为
Figure BDA0002809970920000101
其中k为直线L1″的斜率，d的值取斑马线与停止线的间距d1′与车道线宽d2′之和；
将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s3得到直线L5″，已知直线L1″的直线方程，且直线L5″是由直线L1″平移距离s3得到，故可以获知直线L5″的直线方程，平移距离s3的计算公式为
Figure BDA0002809970920000102
其中k为直线L1″的斜率，d的值取路面长度rh；
S333、计算路面中心线的左右边界线所在直线与直线L3″的交点，得到路面中心线顶部顶点的X坐标和Z坐标，计算路面中心线的左右边界线所在直线与直线L5″的交点，得到路面中心线底部顶点的X坐标和Z坐标：
路面中心线的左右边界线所在直线的直线方程为：x1＝-d2′/2和x2＝d2′/2，其中d2′为车道线宽，将路面中心线的左右边界线所在直线的直线方程与直线L3″的直线方程联立，求得路面中心线顶部顶点的X坐标和Z坐标，计算路面中心线的左右边界线所在直线与直线L5″的交点，求得路面中心线底部顶点的X坐标和Z坐标；
S334、计算路面中心线与车道停止线相交一侧的边界线所在直线与直线L5″和直线L4″的交点，以及计算与车道停止线相交的路面边界线所在直线与直线L5″和直线L4″的交点，得到车道停止线所有顶点的X坐标和Z坐标：
路面中心线与车道停止线相交一侧的边界线所在直线的直线方程为x2＝d2′/2，与车道停止线相交的路面边界线所在直线的直线方程为x3＝RWr，其中RWr为右路面宽度，将路面中心线与车道停止线相交一侧的边界线所在直线的直线方程分别与直线L5″的直线方程和直线L4″的直线方程联立，以及将车道停止线相交的路面边界线所在直线的直线方程与直线L5″的直线方程和直线L4″的直线方程联立，求得车道停止线所有顶点的X坐标和Z坐标；
S335、计算进车道每条实车道线的左右边界线所在直线与直线L4″的交点，得到进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标和Z坐标，结合进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标和Z坐标以及进车道实车道线长度，得到进车道每条实车道线底部顶点的X坐标和Z坐标：
进车道的每条实车道线左右边界线所在直线的直线方程为：
Figure BDA0002809970920000111
其中d2′为车道线宽，lw为车道宽，lnr为进车道数，将进车道的每条实车道线左右边界线所在直线的直线方程与直线L4″的直线方程联立，求得进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标和Z坐标，由于进车道实车道线为直线，且已知进车道实车道线长度为d3′，则进车道每条实车道线底部顶点的Z坐标为进车道每条实车道线顶部顶点的Z坐标与d3′之和，进车道每条实车道线底部顶点的X坐标与进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标相同。
S336、计算进车道虚车道线数量，计算公式如下，
Figure BDA0002809970920000112
其中，rh为路面长度，h为斑马线的长度，d1′为斑马线与停止线的间距，d2′为车道线宽，d3′为进车道实车道线长度，d4′为虚车道线长度，d5′为虚车道线之间的间隔，并计算每条进车道虚车道线顶点的X坐标和Z坐标，由于每条进车道虚车道线与实车道线位于同一直线上，故每条进车道虚车道线顶点的X坐标与其所对应的实车道线的X坐标相同，每条进车道虚车道线顶点的Z坐标通过以下公式计算获取，
Figure BDA0002809970920000113
其中，d6′＝rh-(h+d1′+d2′+d3′)，zi为进车道实车道线底部两个顶点的Z坐标；
S337、计算出车道每条车道线左右边界线所在直线的直线方程：
Figure BDA0002809970920000114
其中，d2′为车道线宽，lw为车道宽，lnl为进车道数；
S338、计算出车道虚车道线数量，计算公式如下，
Figure BDA0002809970920000121
其中，rh为路面长度，h为斑马线的长度，d1′为斑马线与停止线的间距，d2′为车道线宽，d4′为虚车道线长度，d5′为虚车道线之间的间隔，并计算每条出车道虚车道线顶点的X坐标和Z坐标，每条进车道虚车道线顶点的Z坐标通过以下公式计算获取，
Figure BDA0002809970920000122
其中，d7′＝rh-(h+d1′+d2′)，每条进车道虚车道线顶点的X坐标即为步骤S337中的直线方程的解；
S339、给定车道线模型所有顶点的Y坐标均为固定值y2＝0.01，结合步骤S333～S338计算获取的X坐标和Z坐标，得到车道模型所有顶点的坐标。
如图9所示，Z轴表示南北方向，X轴表示东西方向，计算车道导向箭头模型的顶点坐标，具体包括：
S341、根据车道导向类型数据计算车道导向箭头的顶点坐标；
S342、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s4得到直线L6″：
由步骤S313可以得到每个路面与邻近路面的左右交点坐标，根据两点式直线方程计算求得路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程；
将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s4得到直线L6″，已知直线L1″的直线方程，且直线L6″是由直线L1″平移距离s4得到，故可以获知直线L6″的直线方程，平移距离s4的计算公式为
Figure BDA0002809970920000123
其中k为直线L1″的斜率，d的值取斑马线与停止线的间距d1′、车道线宽d2′以及车道箭头与停止线的间距d′；
S343、计算直线L6″与每个进车道中心线所在直线的交点坐标，所述交点坐标为每个车道导向箭头的放置位置坐标：每个进车道中心线所在直线的直线方程为Jix＝(i-0.5)*(d2′+lw)(i≤n)，其中，d2′为车道线宽，lw为车道宽，n为车道导向箭头数量，每个进车道中心线所在直线为垂直与Z轴的直线，故Jix是交点的X坐标，交点的Y坐标为固定值0.01，将交点的X坐标代入直线L6″的直线方程中，即可获取交点的Z坐标；
S344、计算每个车道导向箭头的顶点坐标与放置位置坐标之间的偏移值，偏移值即为每个车道导向箭头的顶点坐标与放置位置坐标之间的距离；
S345、将每个车道的导向箭头根据偏移向量平移至箭头放置位置。
非南北走向或东西走向的道路交叉路口的人行道模型、车道线模型和车道导向箭头模型可以先将其通过路面旋转角旋转至南北走向或东西走向，根据上述步骤计算出顶点坐标后，再结合路面旋转角计算出原始顶点坐标。
本发明能够通过参数化的方式对道路交叉口的三维模型进行自动生成，用户只需要指定道路交叉口的基础参数，便能自动生成对应的三维模型，方便快捷，而且能够根据基础参数的修改对道路交叉口的三维模型进行实时显示，具有很强的灵活性和时效性；当实际的道路交叉口形态发生改变时，相对于手工建模的方式模型化道路交叉口，本发明只需要更改道路交叉口的基础参数，重新生成一下即可，极大地提高了道路交叉口的建模效率并降低了维护成本。

Claims (5)

1.一种道路交叉口三维模型自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取道路交叉口的基础参数；
S2、按照道路交叉口的组成结构分层拆解道路交叉口，获取路面模型、人行道模型、车道线模型和车道导向箭头模型；
S3、计算步骤S2中所述模型的顶点坐标；
S4、由所述模型的顶点坐标作为三角形顶点坐标将所述模型三角化，按照所述三角形顶点坐标构建顶点索引数组，生成三角网格模型；
S5、分别为步骤S2中所述模型创建不同的材质，并将其赋予到相对应的三角网格模型上；
S6、将所有三角网格模型合并建立道路交叉口模型；
所述计算车道导向箭头模型的顶点坐标，具体包括：
S341、根据车道导向类型数据计算车道导向箭头的顶点坐标；
S342、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s4得到直线L6″；
S343、计算直线L6″与每个进车道中心线所在直线的交点坐标，所述交点坐标为每个车道导向箭头的放置位置坐标；
S344、计算每个车道导向箭头的顶点坐标与放置位置坐标之间的偏移值；
S345、将每个车道的导向箭头根据偏移向量平移至箭头放置位置。
2.根据权利要求1所述的一种道路交叉口三维模型自动生成方法，其特征在于，所述计算路面模型的顶点坐标，具体包括：
S311、计算路面的顶点坐标，通过公式RWl＝lw*lnl+(lnl-1)*d2′+d2′/2和RWr＝lw*lnr+(lnr-1)*d2′+d2′/2计算出左右路面宽度，其中RWr为右路面宽度，RWl为左路面宽度，lw为车道宽，lnr为进车道数，lnl为出车道数，d2′为车道线宽，由左右路面宽度得到路面顶部和底部的顶点的X坐标，由路面长度得到路面底部的顶点的Z坐标，给定路面所有顶点的Y坐标为0，给定路面顶部的顶点的Z坐标为0；
S312、根据路面旋转角将路面绕Y轴进行逆时针旋转，并计算旋转后的路面的顶点坐标，计算公式如下，
Figure FDA0003827094310000021
其中
Figure FDA0003827094310000022
为路面顶点坐标构成的3D向量，θ为路面旋转角，Ry(θ)为绕Y轴旋转的3×3矩阵，n为路面顶点数；
S313、由步骤S311和步骤S312可知路面以及邻近路面的顶点坐标，计算路面与邻近路面相交直线的直线方程，联立相交直线的直线方程，计算路面与邻近路面的左右交点坐标；
S314、计算路面的平移向量和垂足坐标：
构建路面左交点与其下方路面顶点的向量以及路面右交点与其下方路面顶点的向量；
由三维向量求模公式
Figure FDA0003827094310000023
计算路面左交点与其下方路面顶点的向量的模d1和路面右交点与其下方路面顶点的向量的模d2；
判断d1是否大于d2，若d1>d2，则从左交点向路面的右边界线作垂线，并将路面左交点与其下方路面顶点的向量作为路面的平移向量，若d1≤d2，则从右交点向路面的左边界线作垂线，并将路面右交点与其下方路面顶点的向量作为路面的平移向量；
计算垂足所在边线的直线方程以及垂线的直线方程，联立直线方程，计算出垂足的坐标；
S315、将路面沿平移向量平移，并计算路面沿平移向量平移后的顶点坐标，计算公式如下，
Figure FDA0003827094310000024
其中
Figure FDA0003827094310000025
为4D向量[x,y,z,1]，由路面顶点坐标构成的3D向量[x,y,z]扩展获取，M为根据平移向量构造的4×4平移矩阵，Δx、Δy、Δz分别为平移向量在x、y、z三个轴向上的分量，n为路面顶点数；
S316、通过步骤S313和步骤S314计算由各个路面的左右交点和垂足构成的路面多边形的顶点坐标。
3.根据权利要求1所述的一种道路交叉口三维模型自动生成方法，其特征在于，所述计算人行道模型的顶点坐标，具体包括：
S321、计算路面宽度，计算公式如下，
RW＝RWr+RWl
其中，RWr为右路面宽度，通过公式RWr＝lw*lnr+(lnr-1)*d2′+d2′/2计算获取，RWl为左路面宽度，通过公式RWl＝lw*lnl+(lnl-1)*d2′+d2′/2计算获取，lw为车道宽，lnr为进车道数，lnl为出车道数，d2′为车道线宽；
计算斑马线数量，计算公式如下，
n1＝[RW/(w+d)]
其中w为斑马线的宽度，d为斑马线之间的间隔，RW为路面宽度；
S322、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程；
S323、计算每条斑马线左右边界线所在直线与直线L1″的交点，得到每条斑马线顶部顶点的X坐标和Z坐标；将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s得到直线L2″，计算每条斑马线左右边界线所在直线与直线L2″的交点，得到每条斑马线底部顶点的X坐标和Z坐标，给定斑马线的顶点的Y坐标均为固定值y1。
4.根据权利要求1所述的一种道路交叉口三维模型自动生成方法，其特征在于，所述计算车道线模型的顶点坐标，具体包括：
S331、计算路面与邻近路面的交点所在直线L1″的直线方程；
S332、将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s1得到直线L3″，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s2得到直线L4″，将直线L1″沿路面延伸方向平移距离s3得到直线L5″；
S333、计算路面中心线的左右边界线所在直线与直线L3″的交点，得到路面中心线顶部顶点的X坐标和Z坐标，计算路面中心线的左右边界线所在直线与直线L5″的交点，得到路面中心线底部顶点的X坐标和Z坐标；
S334、计算路面中心线与车道停止线相交一侧的边界线所在直线与直线L5″和直线L4″的交点，以及计算与车道停止线相交的路面边界线所在直线与直线L5″和直线L4″的交点，得到车道停止线所有顶点的X坐标和Z坐标；
S335、计算进车道每条实车道线的左右边界线所在直线与直线L4″的交点，得到进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标和Z坐标，结合进车道每条实车道线顶部顶点的X坐标和Z坐标以及进车道实车道线长度，得到进车道每条实车道线底部顶点的X坐标和Z坐标；
S336、计算进车道虚车道线数量，计算公式如下，
Figure FDA0003827094310000041
其中，rh为路面长度，h为斑马线的长度，d1′为斑马线与停止线的间距，d2′为车道线宽，d3′为进车道实车道线长度，d4′为虚车道线长度，d5′为虚车道线之间的间隔，并计算每条进车道虚车道线顶点的X坐标和Z坐标；
S337、计算出车道每条车道线左右边界线所在直线的直线方程；
S338、计算出车道虚车道线数量，计算公式如下，
Figure FDA0003827094310000042
其中，rh为路面长度，h为斑马线的长度，d1′为斑马线与停止线的间距，d2′为车道线宽，d4′为虚车道线长度，d5′为虚车道线之间的间隔，并计算每条出车道虚车道线顶点的X坐标和Z坐标；
S339、给定车道线模型所有顶点的Y坐标均为固定值y2，结合步骤S333～S338计算获取的X坐标和Z坐标，得到车道模型所有顶点的坐标。
5.根据权利要求3或4所述的一种道路交叉口三维模型自动生成方法，其特征在于，所述平移距离的计算公式如下：
Figure FDA0003827094310000043
其中，k为平移前直线的斜率，d为平移前直线与平移后直线的垂直距离。
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