CN113963113A - 一种城市建筑三维可视化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市建筑三维可视化方法,包括如下步骤:构建城市建筑三维模型;三维模型分块,将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同区域的空间模型;对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,实现数据读取,进行颜色渲染或纹理贴图;将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合,形成完整的城市建筑三维可视化模型。本发明通过将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同区域的空间模型;将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合,得到城市建筑三维可视化模型,能够简化海量数据处理的过程,使其在保证真实感的前提下,加速各类大规模复杂建筑的渲染,提高三维交互软件的执行效率,极大了提升用户的体验感。
Description
技术领域
本发明涉及智慧城市建筑可视化技术领域,尤其涉及一种城市建筑三维可视化方法。
背景技术
智慧城市是当前城市发展的新理念和新模式,是数字城市发展到一定阶段、科技进步不断发展的必然结果,对于城市实现以人为本、全面协调可持续的科学发展具有重要意义。城市建筑三维的可视化是目前建设智慧城市的核心内容之一。近年来,人们对城市建筑中各种三维信息表达与处理的需求日益迫切,对大范围、高品质、高分辨率三维视觉效果的不断追求,使得建筑模型的精度不断增加,其三维的数据量十分巨大,有的数据的数据量可达到TB级,给三维可视化带来了极大的挑战。现阶段,有限的计算机绘制能力和海量地理空间数据之间的矛盾是当前海量数据可视化面临的关键问题。
发明内容
本发明目的是提供了一种城市建筑三维可视化方法,以解决上述问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案:
一种城市建筑三维可视化方法,包括如下步骤:
S1,构建城市建筑三维模型;
S2,三维模型分块,将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同区域的空间模型;
S3,对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,实现数据读取,并进行颜色渲染或纹理贴图;
S4,将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合,形成完整的城市建筑三维可视化模型。
进一步的,步骤S1中构建城市建筑物三维模型的方法为:
S11,获取建模数据:获取城市建筑的多视角倾斜航空影像,所述多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像;
S12,对建模数据进行预处理:对多视角倾斜航空影像进行处理,依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据;
S13,构建建筑物三维模型:先获取建筑物三维边框,然后将建筑物三维边框与数字表面模型数据和数字正射影像数据进行配准和套合,完成初步建筑物三维模型的构建;
S14,对初步建筑物三维模型进行修正,得到建筑物三维模型。
进一步的,步骤S14中对初步建筑物三维模型进行修正的方法包括:
S141,获取城市建筑的车载移动测量影像,车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像;
S142,对车载移动测量影像进行处理,获取车载移动测量影像的定向元素;
S143,截取与初步建筑物三维模型侧面相对应的所有车载移动测量影像,然后对车载移动测量影像定位定向,再然后将其转换至多视角倾斜航空影像的物方空间坐标系中;
S144,选取初步建筑物三维模型侧面,并获取初步建筑物三维模型侧面角点的物方三维坐标,根据已知车载移动测量影像的内、外方位元素及其本身的投影框物方三维坐标,判断每张车载移动测量影像与该初步建筑物三维模型侧面是否空间相交,筛选出与该建筑物几何模型侧面空间相交的所有车载移动测量影像,构成车载移动测量影像集;
S145,利用共线条件方程,计算出所选初步建筑物三维模型侧面在车载移动测量影像集中每张影像上的投影像点坐标,通过筛选算法并按照影像质量及影像投影面最优原则对车载移动测量影像集进行影像排序,选取最优的,从而实现对待修正区域的修正。
进一步的,步骤S2中,将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同的空间模型的方法包括:
S21,将构建城市建筑三维模型的图像进行切割,切割后的图像块作为输入,输入至Unet分割网络,经过多个由两个3*3的卷积层和2*2的池化层组成的下采样模块进行图像的特征提取,将提取的特征上采样,通过1*1的卷积得到期望的类别数,此类别即为图像块上每个像素点的类别;
S22,使用图像处理openCV中的轮廓检测算法,提取建筑边缘轮廓,输出轮廓的指定组织信息,并结合图像的开闭合处理和噪声处理技术剔除识别中的噪声块、平滑边缘轮廓;
S23,将边缘轮廓存储为矢量数据,根据矢量数据在卫星图上绘制出建筑块轮廓,经过多次外扩比例调整实验,统计出能够包含大部分建筑的最合理的外扩比例,按照这个比例外扩后,在卫星图上切割出独立的建筑块;
S24,将切割出的独立的建筑块调整为224*224固定大小,输入到vgg16、resnet50和resnet101的这三个神经网络提取图像特征,经过三个网络模型分别输出高度概率值,三个概率值取平均后对应的高度值作为各建筑块的输出,通过各建筑块构建出不同区域的空间模型。
进一步的,步骤S3中,对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,整体可视化时只显示整体的空间模型,区域可视化时,显示具体的区域的空间模型;
当进行整体可视化时,对整个城市的数据进行采集,然后将采集的数据与整体的空间模型的数据进行对比,当数据无变化时,则直接将整体的空间模型导入,当数据发生变化时,对变化数据进行识别,然后根据变化的数据进行自动建模;
当进行区域可视化时,对该区域内的城市建筑进行数据采集,然后对采集的数据进行识别,当数据无变化时,直接将区域的空间模型导入,当数据存在变化时,对变化数据进行识别,然后根据变化的数据进行自动建模。
进一步的,步骤S3中,进行颜色渲染或纹理贴图的方法包括:
根据建筑物矢量数据及其属性信息进行颜色渲染或纹理贴图;通过颜色渲染或纹理贴图实现对建筑物自动建筑外轮廓的可视化表达,包括建筑物顶部和四周;使用四叉树方法进行可视化处理;使用缓存技术提高重复数据使用的效率。
进一步的,建筑物矢量数据为面状矢量数据;属性信息包括建筑物高度、楼层数、建成年代等反映建筑物特性的信息。
进一步的,步骤S4中,将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合的方法为:将颜色渲染或纹理贴图后不同区域的空间模型的各建筑块的要素合并,进行合并时将所有的模型顶点、索引数据都融合到一个缓冲区,并将颜色渲染或纹理贴图融合到一个图形内。
本发明公开的一种城市建筑三维可视化方法,具有以下有益效果:
本发明通过将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同区域的空间模型;并将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合,得到城市建筑三维可视化模型,从而实现了能够简化海量数据处理的过程,使其在保证真实感的前提下,加速各类大规模复杂建筑的渲染,提高三维交互软件的执行效率,进而极大的提升用户的体验感;并且分别对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,能够实现通过三维建筑模型进行可视化交互查询,并且能够根据用户需求将可视化查询结果分别进行交互展示。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。
如图1所示,本实施例公开的一种城市建筑三维可视化方法,包括如下步骤:
S1,构建城市建筑三维模型;
S2,三维模型分块,将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同区域的空间模型;
S3,对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,实现数据读取,并进行颜色渲染或纹理贴图;
S4,将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合,形成完整的城市建筑三维可视化模型。
本实施例中,步骤S1中构建城市建筑物三维模型的方法为:
S11,获取建模数据:获取城市建筑的多视角倾斜航空影像,所述多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像;
S12,对建模数据进行预处理:对多视角倾斜航空影像进行处理,依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据;
S13,构建建筑物三维模型:先获取建筑物三维边框,然后将建筑物三维边框与数字表面模型数据和数字正射影像数据进行配准和套合,完成初步建筑物三维模型的构建;
S14,对初步建筑物三维模型进行修正,得到建筑物三维模型。
本实施例中,步骤S14中对初步建筑物三维模型进行修正的方法包括:
S141,获取城市建筑的车载移动测量影像,车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像;
S142,对车载移动测量影像进行处理,获取车载移动测量影像的定向元素;
S143,截取与初步建筑物三维模型侧面相对应的所有车载移动测量影像,然后对车载移动测量影像定位定向,再然后将其转换至多视角倾斜航空影像的物方空间坐标系中;
S144,选取初步建筑物三维模型侧面,并获取初步建筑物三维模型侧面角点的物方三维坐标,根据已知车载移动测量影像的内、外方位元素及其本身的投影框物方三维坐标,判断每张车载移动测量影像与该初步建筑物三维模型侧面是否空间相交,筛选出与该建筑物几何模型侧面空间相交的所有车载移动测量影像,构成车载移动测量影像集;
S145,利用共线条件方程,计算出所选初步建筑物三维模型侧面在车载移动测量影像集中每张影像上的投影像点坐标,通过筛选算法并按照影像质量及影像投影面最优原则对车载移动测量影像集进行影像排序,选取最优的,从而实现对待修正区域的修正。
本实施例中,步骤S2中,将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同的空间模型的方法包括:
S21,将构建城市建筑三维模型的图像进行切割,切割后的图像块作为输入,输入至Unet分割网络,经过多个由两个3*3的卷积层和2*2的池化层组成的下采样模块进行图像的特征提取,将提取的特征上采样,通过1*1的卷积得到期望的类别数,此类别即为图像块上每个像素点的类别;
S22,使用图像处理openCV中的轮廓检测算法,提取建筑边缘轮廓,输出轮廓的指定组织信息,并结合图像的开闭合处理和噪声处理技术剔除识别中的噪声块、平滑边缘轮廓;
S23,将边缘轮廓存储为矢量数据,根据矢量数据在卫星图上绘制出建筑块轮廓,经过多次外扩比例调整实验,统计出能够包含大部分建筑的最合理的外扩比例,按照这个比例外扩后,在卫星图上切割出独立的建筑块;
S24,将切割出的独立的建筑块调整为224*224固定大小,输入到vgg16、resnet50和resnet101的这三个神经网络提取图像特征,经过三个网络模型分别输出高度概率值,三个概率值取平均后对应的高度值作为各建筑块的输出,通过各建筑块构建出不同区域的空间模型。
当用户想查看建筑物信息时,显示建筑物模型;当用户想查看楼层信息时,显示楼层模型,表达该楼层的建筑格局及其在建筑物中的相对位置,并对建筑物模型外表纹理进行半透明三维特效处理;用户想查看户室信息时,显示户室模型,明确该户室的建筑格局及其在楼层中的相对位置,从而能够实现“建筑物-楼层-户室”各级建筑要素模型与相应信息关联,使得信息表达更加深入和集中,三维立体的展示效果更加真实直观。
本实施例中,步骤S3中,对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,整体可视化时只显示整体的空间模型,区域可视化时,显示具体的区域的空间模型;
当进行整体可视化时,对整个城市的数据进行采集,然后将采集的数据与整体的空间模型的数据进行对比,当数据无变化时,则直接将整体的空间模型导入,当数据发生变化时,对变化数据进行识别,然后根据变化的数据进行自动建模;当进行区域可视化时,对该区域内的城市建筑进行数据采集,然后对采集的数据进行识别,当数据无变化时,直接将区域的空间模型导入,当数据存在变化时,对变化数据进行识别,然后根据变化的数据进行自动建模。通过模型的直接替代,可以减少自动建模,从而节约算力,当数据发生变化时,对变化数据进行识别,然后根据变化的数据进行自动建模,对异常数据进行建模可以提高城市建筑实时三维可视化的真实性。
本实施例中,步骤S3中,进行颜色渲染或纹理贴图的方法包括:
根据建筑物矢量数据及其属性信息进行颜色渲染或纹理贴图;通过颜色渲染或纹理贴图实现对建筑物自动建筑外轮廓的可视化表达,包括建筑物顶部和四周;使用四叉树方法进行可视化处理;使用缓存技术提高重复数据使用的效率。建筑物矢量数据为面状矢量数据;属性信息包括建筑物高度、楼层数、建成年代等反映建筑物特性的信息。在三维建筑模型的加载与动态可视化阶段,实现快速的数据读取与渲染。三维建筑模型的加载基于LOD存储模型思想,在不同的视野情况下,匹配最优的数据分层信息;为了提供最佳的可视化速度,使用四叉树方法进行可视化处理;使用缓存技术提高重复数据使用的效率。使用四叉树方法可以达到在近处绘制其较精细的层次,在远处绘制其较概况的层次,降低显卡绘制的负担,获得高效率的渲染效果。
本实施例中,步骤S4中,将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合的方法为:将颜色渲染或纹理贴图后不同区域的空间模型的各建筑块的要素合并,进行合并时将所有的模型顶点、索引数据都融合到一个缓冲区,并将颜色渲染或纹理贴图融合到一个图形内。
本发明通过将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同区域的空间模型;并将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合,得到城市建筑三维可视化模型,从而实现了能够简化海量数据处理的过程,使其在保证真实感的前提下,加速各类大规模复杂建筑的渲染,提高三维交互软件的执行效率,进而极大的提升用户的体验感;并且分别对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,能够实现通过三维建筑模型进行可视化交互查询,并且能够根据用户需求将可视化查询结果分别进行交互展示。
最后应说明的是: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,本领域的普通技术人员应当理解: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 (8)
1.一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,构建城市建筑三维模型;
S2,三维模型分块,将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同区域的空间模型;
S3,对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,实现数据读取,并进行颜色渲染或纹理贴图;
S4,将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合,形成完整的城市建筑三维可视化模型。
2.根据权利要求1所述的一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,步骤S1中构建城市建筑物三维模型的方法为:
S11,获取建模数据:获取城市建筑的多视角倾斜航空影像,所述多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像;
S12,对建模数据进行预处理:对多视角倾斜航空影像进行处理,依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据;
S13,构建建筑物三维模型:先获取建筑物三维边框,然后将建筑物三维边框与数字表面模型数据和数字正射影像数据进行配准和套合,完成初步建筑物三维模型的构建;
S14,对初步建筑物三维模型进行修正,得到建筑物三维模型。
3.根据权利要求2所述的一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,步骤S14中对初步建筑物三维模型进行修正的方法包括:
S141,获取城市建筑的车载移动测量影像,车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像;
S142,对车载移动测量影像进行处理,获取车载移动测量影像的定向元素;
S143,截取与初步建筑物三维模型侧面相对应的所有车载移动测量影像,然后对车载移动测量影像定位定向,再然后将其转换至多视角倾斜航空影像的物方空间坐标系中;
S144,选取初步建筑物三维模型侧面,并获取初步建筑物三维模型侧面角点的物方三维坐标,根据已知车载移动测量影像的内、外方位元素及其本身的投影框物方三维坐标,判断每张车载移动测量影像与该初步建筑物三维模型侧面是否空间相交,筛选出与该建筑物几何模型侧面空间相交的所有车载移动测量影像,构成车载移动测量影像集;
S145,利用共线条件方程,计算出所选初步建筑物三维模型侧面在车载移动测量影像集中每张影像上的投影像点坐标,通过筛选算法并按照影像质量及影像投影面最优原则对车载移动测量影像集进行影像排序,选取最优的,从而实现对待修正区域的修正。
4.根据权利要求3所述的一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,步骤S2中,将城市建筑三维模型进行划分,按照类别划分到不同的空间模型的方法包括:
S21,将构建城市建筑三维模型的图像进行切割,切割后的图像块作为输入,输入至Unet分割网络,经过多个由两个3*3的卷积层和2*2的池化层组成的下采样模块进行图像的特征提取,将提取的特征上采样,通过1*1的卷积得到期望的类别数,此类别即为图像块上每个像素点的类别;
S22,使用图像处理openCV中的轮廓检测算法,提取建筑边缘轮廓,输出轮廓的指定组织信息,并结合图像的开闭合处理和噪声处理技术剔除识别中的噪声块、平滑边缘轮廓;
S23,将边缘轮廓存储为矢量数据,根据矢量数据在卫星图上绘制出建筑块轮廓,经过多次外扩比例调整实验,统计出能够包含大部分建筑的最合理的外扩比例,按照这个比例外扩后,在卫星图上切割出独立的建筑块;
S24,将切割出的独立的建筑块调整为224*224固定大小,输入到vgg16、resnet50和resnet101的这三个神经网络提取图像特征,经过三个网络模型分别输出高度概率值,三个概率值取平均后对应的高度值作为各建筑块的输出,通过各建筑块构建出不同区域的空间模型。
5.根据权利要求4所述的一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,步骤S3中,对城市建筑的三维可视化进行整体可视化和区域可视化,整体可视化时只显示整体的空间模型,区域可视化时,显示具体的区域的空间模型;
当进行整体可视化时,对整个城市的数据进行采集,然后将采集的数据与整体的空间模型的数据进行对比,当数据无变化时,则直接将整体的空间模型导入,当数据发生变化时,对变化数据进行识别,然后根据变化的数据进行自动建模;
当进行区域可视化时,对该区域内的城市建筑进行数据采集,然后对采集的数据进行识别,当数据无变化时,直接将区域的空间模型导入,当数据存在变化时,对变化数据进行识别,然后根据变化的数据进行自动建模。
6.根据权利要求5所述的一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,步骤S3中,进行颜色渲染或纹理贴图的方法包括:
根据建筑物矢量数据及其属性信息进行颜色渲染或纹理贴图;通过颜色渲染或纹理贴图实现对建筑物自动建筑外轮廓的可视化表达,包括建筑物顶部和四周;使用四叉树方法进行可视化处理;使用缓存技术提高重复数据使用的效率。
7.根据权利要求6所述的一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,建筑物矢量数据为面状矢量数据;属性信息包括建筑物高度、楼层数、建成年代等反映建筑物特性的信息。
8.根据权利要求7所述的一种城市建筑三维可视化方法,其特征在于,步骤S4中,将颜色渲染或纹理贴图后的空间模型进行整合的方法为:将颜色渲染或纹理贴图后不同区域的空间模型的各建筑块的要素合并,进行合并时将所有的模型顶点、索引数据都融合到一个缓冲区,并将颜色渲染或纹理贴图融合到一个图形内。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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