CN114037808A - 一种高仿真的白模数据生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于三维GIS技术领域，提供一种高仿真的白模数据生产方法，获取建筑物数据并进行部件拆分、高程信息赋值预处理；将预处理后的建筑物数据进行线性拉伸处理得到建筑物模型白模；将建筑物模型白模进行逻辑聚合，按照白模对建筑物进行贴合。本发明实施例提供了一种建筑物白模的生产方法，仿真度高，实现简单，同时也提供了建筑物房顶高度不一致的生产方法、建筑物女儿墙的拐角插值算法、以及建筑物的轮廓线与分层线的方法，能够在传统白模生产工艺流程基础中突出建筑物模型的真实性，更加贴合国内的建筑物风格。
Description
技术领域
本发明属于三维GIS技术领域，尤其涉及一种高仿真的白模数据生产方法。
背景技术
三维GIS（Geographic Information System，地理信息系统）在精准定位、形象展示空间对象，实现高级空间分析功能等方面具有无可比拟的优势，随着硬件设备升级、三维可视化技术发展，对于海量三维模型的展示需求越来越广泛。
大型城市的三维模拟大多还是以白模为主，核心区域配以倾斜或精细模型，对于白模的生产方法，市面上的产品主要研究的点分布在两点：(1)基于线、面数据进行线性拉伸；(2)基于倾斜或遥感影像AI识别白模的纹理贴图。传统的白模直接采用线、面数据进行线性拉伸，对于房屋的模拟效果不够逼真。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高仿真的白模数据生产方法，旨在解决现有现有房屋白模模拟效果不够逼真的技术问题。
所述高仿真的白模数据生产方法包括下述步骤：
步骤S1、获取建筑物数据并进行部件拆分、高程信息赋值预处理；
步骤S2、将预处理后的建筑物数据进行线性拉伸处理得到建筑物模型白模；
步骤S3、将建筑物模型白模进行逻辑聚合，按照白模对建筑物进行贴合。
进一步的，所述步骤S1具体包括下述步骤：
S101、获取建筑物数据，并对建筑物进行地理实体编码；
S102、基于地形数据获取建筑物数据的底部高程，存储于建筑物面底部高程的属性字段DEM_Height；
S103、基于倾斜数据获取建筑物数据的顶部高程,存储于建筑物面的属性字段OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight，其中OSGB_MaxHeight 和OSGB_MinHeight分别为倾斜数据顶点中与坐标地理位置距离最近顶点的最大高程和最小高程；
S104、对于建筑物高度不一致各部件拆分，具体为：根据建筑物面中各点的OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight进行房屋部件拆分，对于OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight相差0.2米以上的点，将点拆分到各部件，拆分后的部件进行强制闭合，并共享拆分建筑物面的各项非高程相关的属性；
S105、基于最大高程OSGB_MaxHeight、底部高程DEM_Height和建筑物的层数，计算建筑物的层高=（OSGB_MaxHeight-DEM_Height）/层数，计算楼高=OSGB_MaxHeight- OSGB_MinHeight。
进一步的，所述步骤S2具体包括下述步骤：
S201、将处理后的建筑物数据进行线性拉伸；
S202、当需要添加女儿墙时，进行女儿墙拐角插值计算；
S203、计算建筑物模型各顶点法线，得到筑物模型白模。
进一步的，步骤S201的具体过程如下：
根据预处理后的建筑物面数据以及面数据的底部高程和顶部高程，并结合层高和楼高，构建面数据的底座面的点数据、中间N组分层线上的点数据和顶部面的点数据；
然后基于上述共N+2组的点数据，构建三角形并同时记录顶点的索引信息；
根据索引信息构建三角形，按照上下两层点构建多组矩形，每组矩形由两个三角形构成原则构建；
最后在建筑物顶部构建配置决定是否需要添加女儿墙。
进一步的，步骤S202的过程具体如下：
通过女儿墙的内环上的所有点，找到相邻三个点的夹角大于90°的中心的点，具体的，对于p0、p1、p2三个点，向量a=(p0.X–p1.X，p0.Y–p1.Y),向量b=(p2.X–p1.X，p2.Y–p1.Y)，将向量a和b的正规化处理后，再通过a·b=(p0.X–p1.X)( p2.X–p1.X)+(p0.Y–p1.Y)( p2.Y–p1.Y)=|a||b|cosθ，这里θ是a,b夹角，计算a·b<0的场景，满足该场景时，p0、p1、p2构成的角θ>90，将在p1点顺着向量a和向量b的反方向取距离p1的长度的平方为0.125米的点，并将点p1从女儿墙内环中去掉。
进一步的，步骤S203的过程具体如下：
建筑物模型各顶点的法线通过各顶点所在的三角形的法线×三角形面积权重累加后所得，具体的，对于顶点p存在于m个三角形中，则需要分别计算m个三角形的法线并进行归一化m个三角形的面积，其中将m个三角形的归一化后法线分别为N0、N1、…、Nm，归一化面积分别为S0、S1、…、Sm；则顶点p的法线为Np = (N0·S0+ N1·S1+…+ Nm·Sm)，最后对顶点p的法线归一化。
进一步的，所述步骤S3中，逻辑聚合的具体过程为：将具有相同地理实体编码的建筑物模型各部件模型设置相同模型id，
本发明的有益效果是：本发明方法应用于白模数据的生产流程中，可以实现建筑物各部件高度不一致效果模拟、女儿墙内墙拐角防撞效果模拟、建筑物楼层数的可视化模拟、建筑物外轮廓的可视化模拟等；本发明技术易于实现，在传统白模生产工艺流程基础中突出建筑物模型的真实性，更加贴合国内的建筑物风格。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高仿真的白模数据生产方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的预处理后的建筑物面示意图；
图3是本发明实施例提供的经过步骤S2处理后建筑物模型示意图；
图4本发明实施例提供的白模贴合效果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了本发明实施例提供的高仿真的白模数据生产方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图1所示，本实施例提供的高仿真的白模数据生产方法包括下述步骤：
步骤S1、获取建筑物数据并进行部件拆分、高程信息赋值预处理。
本步骤主要实现的是建筑物数据的预处理，具体过程如下：
S101、获取建筑物数据，并对建筑物进行地理实体编码。
地理实体是指现实世界中独立存在、可以唯一性标识的自然或人工地物，本实施例中的建筑物数据属于基础地理八大类实体数据（八大类实体有政区实体、境界实体、道路实体、铁路实体、河流实体、湖泊实体、房屋实体、院落实体）中的房屋实体数据，其数据是由基础地理数据库中的房屋数据进行实体编码所得，其编码原则遵循《GB/T 37118-2018地理实体空间数据规范》要求。
本实施例地理实体编码采用9位行政区划编码(包括2位一级行政区编码、2位二级行政区编码、2位三级行政区编码、3位四级行政区编码组成)和5位要素类别编码以及8位年月日编码、6位流水号共28位构成。
S102、基于地形数据获取建筑物数据的底部高程，存储于建筑物面底部高程的属性字段DEM_Height。
具体操作时，遍历建筑物面数据的每一个点的X、Y坐标信息，通过地形数据（或地形数据生成的高度图或量化地形瓦片数据集）找到与其地理位置相同的地形（或高度图或量化地形瓦片数据集）的高程。
本实施例支持原始的地形数据，也支持由地形数据衍生的高度图地形瓦片数据集和量化地形数据集，并将其存储在建筑物面底部高程的属性字段DEM_Height。
S103、基于倾斜数据获取建筑物数据的顶部高程,存储于建筑物面的属性字段OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight，其中OSGB_MaxHeight 和OSGB_MinHeight分别为倾斜数据顶点中与坐标地理位置距离最近顶点的最大高程和最小高程。
本实施例，可针对倾斜数据提供自动生成索引的能力，该索引为XML结构，记录了倾斜数据的范围信息(该范围信息包含数据的最小经度XMin、最小纬度YMin、最大经度XMax、最大纬度YMax、最大高程信息)和根节点的名称、中心点（CenterX, CenterY,CenterZ）和半径信息（Radius），遍历建筑物面数据的每一个点的X、Y信息，通过倾斜数据索引找到包含X、Y坐标所代表的地理位置的倾斜根节点，再通过OSG（Open Scene Graph）的API（图形程序开发接口），获取该根节点包含此X、Y坐标最精细层级的节点数据，解析找到的最精细层级倾斜节点的Mesh信息（包含该倾斜节点的每一个顶点的X、Y、Z坐标、三角形信息、顶点法线信息，以及对应的材质和纹理坐标信息），获取倾斜数据的顶点中与X、Y地理位置距离最近的顶点的最大高程和最小高程，并将其存储在建筑物面的属性字段OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight。
倾斜数据索引文件格式如下：
<
xmlversion="1.0"encoding="UTF-8"
>
<Config Name="\" Description="" Type="System.String">
<Config Name="Data" Description="" Type="">
<Value>Data</Value>
</Config>
<Config Name="Xml" Description="" Type="">
<Value>metadata.xml</Value>
</Config>
<Config Name="Extent" Description="" Type="">
<Config Name="XMin" Description="" Type="">
<Value>108.957362</Value>
</Config>
<Config Name="YMin" Description="" Type="">
<Value>34.217485</Value>
</Config>
<Config Name="XMax" Description="" Type="">
<Value>108.958305</Value>
</Config>
<Config Name="YMax" Description="" Type="">
<Value>34.218641</Value>
</Config>
</Config>
<Config Name="Elevation" Description="" Type="">
<Value>438.41253662109377</Value>
</Config>
<Config Name="RootNodes" Description="" Type="">
<Config Name="Tile_+000_+000.osgb" Description="" Type="">
<Config Name="CenterX" Description="" Type="">
<Value>-143.627609</Value>
</Config>
<Config Name="CenterY" Description="" Type="">
<Value>-197.907135</Value>
</Config>
<Config Name="CenterZ" Description="" Type="">
<Value>438.412537</Value>
</Config>
<Config Name="Radius" Description="" Type="">
<Value>36.651291</Value>
</Config>
</Config>
<Config Name="Tile_+000_+001.osgb" Description="" Type="">
<Config Name="CenterX" Description="" Type="">
<Value>-144.350998</Value>
</Config>
<Config Name="CenterY" Description="" Type="">
<Value>-149.916336</Value>
</Config>
<Config Name="CenterZ" Description="" Type="">
<Value>422.988007</Value>
</Config>
<Config Name="Radius" Description="" Type="">
<Value>43.485790</Value>
</Config>
</Config>
</Config>
</Config>。
S104、对于建筑物高度不一致各部件拆分，具体为：在遍历建筑物面数据的每一个点的X、Y坐标信息时，根据建筑物面中各点的OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight进行房屋部件拆分，对于OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight相差0.2米以上的点，将点拆分到各部件，拆分后的部件进行强制闭合，并共享拆分建筑物面的各项非高程相关的属性。
S105、基于最大高程OSGB_MaxHeight、底部高程DEM_Height和建筑物的层数，计算建筑物的层高=（OSGB_MaxHeight-DEM_Height）/层数，计算楼高=OSGB_MaxHeight- OSGB_MinHeight。
图2是预处理后的建筑物面示意图。
步骤S2、将预处理后的建筑物数据进行线性拉伸处理得到建筑物模型白模。
本步骤主要实现的是建筑物数据进行线性拉伸，其中对于需要添加女儿墙时进行插值计算，另外需要计算建筑物模型各顶点法线。具体包括下述步骤：
S201、将处理后的建筑物数据进行线性拉伸。
根据预处理后的建筑物面数据以及面数据的底部高程和顶部高程，并结合层高和楼高，构建面数据的底座面的点数据、中间N组分层线上的点数据和顶部面的点数据；
然后基于上述共N+2组的点数据，构建三角形并同时记录顶点的索引信息；
根据索引信息构建三角形，按照上下两层点构建多组矩形，每组矩形由两个三角形构成原则构建；
最后在建筑物顶部构建配置决定是否需要添加女儿墙，本实施例中，可供选择的女儿墙规定的1.2米或1.5米、女儿墙厚度为0.3米。
S202、当需要添加女儿墙时，进行女儿墙拐角插值计算。
通过女儿墙的内环上的所有点，找到相邻三个点的夹角大于90°的中心的点，具体的，对于p0、p1、p2三个点，向量a=(p0.X–p1.X，p0.Y–p1.Y),向量b=(p2.X–p1.X，p2.Y–p1.Y)，这里pi.X、pi.Y分别表示点pi（i=1或2）的X坐标和Y坐标，其中将向量a和b的正规化处理后，再通过a·b=(p0.X–p1.X)( p2.X–p1.X)+(p0.Y–p1.Y)( p2.Y–p1.Y)=|a||b|cosθ，这里θ是a,b夹角，计算a·b<0的场景，满足该场景时，p0、p1、p2构成的角θ>90，将在p1点顺着向量a和向量b的反方向取距离p1的长度的平方为0.125米的点，并将点p1从女儿墙内环中去掉。
S203、计算建筑物模型各顶点法线，得到筑物模型白模。
建筑物模型各顶点的法线通过各顶点所在的三角形的法线×三角形面积权重累加后所得，具体的，对于顶点p存在于m个三角形中，则需要分别计算m个三角形的法线并进行归一化m个三角形的面积，其中将m个三角形的归一化后法线分别为N0、N1、…、Nm，归一化面积分别为S0、S1、…、Sm；则顶点p的法线为Np = (N0·S0+ N1·S1+…+ Nm·Sm)，最后对顶点p的法线归一化。
经过步骤S2处理后建筑物模型示意图如图3所示。
步骤S3、将建筑物模型白模进行逻辑聚合，按照白模对建筑物进行贴合，贴合效果如图4所示。本步骤中，逻辑聚合的具体过程为：将具有相同地理实体编码的建筑物模型各部件模型设置相同模型id。
综上，本发明实施例提供了一种建筑物白模的生产方法，仿真度高，实现简单，同时也提供了建筑物房顶高度不一致的生产方法、建筑物女儿墙的拐角插值算法、以及建筑物的轮廓线与分层线的方法，能够在传统白模生产工艺流程基础中突出建筑物模型的真实性，更加贴合国内的建筑物风格。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高仿真的白模数据生产方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤S1、获取建筑物数据并进行部件拆分、高程信息赋值预处理；
步骤S2、将预处理后的建筑物数据进行线性拉伸处理得到建筑物模型白模；
步骤S3、将建筑物模型白模进行逻辑聚合，按照白模对建筑物进行贴合。
2.如权利要求1所述高仿真的白模数据生产方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括下述步骤：
S101、获取建筑物数据，并对建筑物进行地理实体编码；
S102、基于地形数据获取建筑物数据的底部高程，存储于建筑物面底部高程的属性字段DEM_Height；
S103、基于倾斜数据获取建筑物数据的顶部高程，存储于建筑物面的属性字段OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight，其中OSGB_MaxHeight 和OSGB_MinHeight分别为倾斜数据顶点中与坐标地理位置距离最近顶点的最大高程和最小高程；
S104、对于建筑物高度不一致各部件拆分，具体为：根据建筑物面中各点的OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight进行房屋部件拆分，对于OSGB_MaxHeight、OSGB_MinHeight相差0.2米以上的点，将点拆分到各部件，拆分后的部件进行强制闭合，并共享拆分建筑物面的各项非高程相关的属性；
S105、基于最大高程OSGB_MaxHeight、底部高程DEM_Height和建筑物的层数，计算建筑物的层高=（OSGB_MaxHeight-DEM_Height）/层数，计算楼高=OSGB_MaxHeight- OSGB_MinHeight。
3.如权利要求2所述高仿真的白模数据生产方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括下述步骤：
S201、将处理后的建筑物数据进行线性拉伸；
S202、当需要添加女儿墙时，进行女儿墙拐角插值计算；
S203、计算建筑物模型各顶点法线，得到筑物模型白模。
4.如权利要求3所述高仿真的白模数据生产方法，其特征在于，步骤S201的具体过程如下：
根据预处理后的建筑物面数据以及面数据的底部高程和顶部高程，并结合层高和楼高，构建面数据的底座面的点数据、中间N组分层线上的点数据和顶部面的点数据；
然后基于上述共N+2组的点数据，构建三角形并同时记录顶点的索引信息；
根据索引信息构建三角形，按照上下两层点构建多组矩形，每组矩形由两个三角形构成原则构建；
最后在建筑物顶部构建配置决定是否需要添加女儿墙。
5.如权利要求4所述高仿真的白模数据生产方法，其特征在于，步骤S202的过程具体如下：
通过女儿墙的内环上的所有点，找到相邻三个点的夹角大于90°的中心的点，具体的，对于p0、p1、p2三个点，向量a=(p0.X–p1.X，p0.Y–p1.Y) ，向量b=(p2.X–p1.X，p2.Y–p1.Y)，将向量a和b的正规化处理后，再通过a·b=(p0.X–p1.X)( p2.X–p1.X)+(p0.Y–p1.Y)(p2.Y–p1.Y)=|a||b|cosθ，这里θ是a，b夹角，计算a·b<0的场景，满足该场景时，p0、p1、p2构成的角θ>90，将在p1点顺着向量a和向量b的反方向取距离p1的长度的平方为0.125米的点，并将点p1从女儿墙内环中去掉。
6.如权利要求5所述高仿真的白模数据生产方法，其特征在于，步骤S203的过程具体如下：
建筑物模型各顶点的法线通过各顶点所在的三角形的法线×三角形面积权重累加后所得，具体的，对于顶点p存在于m个三角形中，则需要分别计算m个三角形的法线并进行归一化m个三角形的面积，其中将m个三角形的归一化后法线分别为N0、N1、…、Nm，归一化面积分别为S0、S1、…、Sm；则顶点p的法线为Np = (N0·S0+ N1·S1+…+ Nm·Sm)，最后对顶点p的法线归一化。
7.如权利要求6所述高仿真的白模数据生产方法，其特征在于，所述步骤S3中，逻辑聚合的具体过程为：将具有相同地理实体编码的建筑物模型各部件模型设置相同模型id。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 430223 Wuda science and Technology Park, Jiangxia Avenue, Miaoshan community, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Geospace Information Technology Co., Ltd. Address before: 430223 Wuda science and Technology Park, Jiangxia Avenue, Miaoshan community, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: WUDA GEOINFORMATICS Co.,Ltd. |
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