CN114091141A - 一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法及装置 - Google Patents

一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法及装置，方法包括：导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型；从道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据；通过二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对平面格网进行插值处理，得到优化平面网格，来构建初始的三维道路模型；对倾斜实景模型进行压平及抬升处理；将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型。本发明将二维的平面数据转换为初始的三维道路模型并将处理后的倾斜实景模型与初始的三维道路模型进行融合，从而自动生成最终的三维道路模型，三维道路模型结合倾斜实景模型能够生成较为真实的三维表达。

Description

一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法及装置
技术领域
本发明主要涉及三维模型数据处理技术领域，具体涉及一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法及装置。
背景技术
倾斜摄影实景模型已经被广泛应用于各个领域，已经成为规划、设计行业的基础数据，在常规设计中，倾斜实景模型仅作为参考模型，用以地物覆盖物，地形等信息的辅助判别依据。在道路设计中，道路的平面图和横断面图会标识出整个道路形态，但非专业人士难以进行空间抽象，构想建成后的道路三维形态。虽然当前一些系统可以生成三维道路，但仅停留在三维道路可视化层面；另一方面这些系统生成的三维道路不能与实际区域地形融合形成真实世界的三维表达。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法及装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法，包括如下步骤：
导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型；
从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据；
通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格；
通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型；
对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理；
将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型。
本发明的有益效果是：将二维的平面数据转换为初始的三维道路模型，并将处理后的倾斜实景模型与初始的三维道路模型进行融合，从而自动生成最终的三维道路模型，三维道路模型结合倾斜实景模型能够生成较为真实的三维表达。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种基于倾斜实景模型的三维道路生成装置，包括：
导入模块，用于导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型；
解析模块，用于从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据；
模型构建模块，用于通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格；
通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型；
对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理；
将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种基于倾斜实景模型的三维道路生成装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述基于倾斜实景模型的三维道路生成方法。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述基于倾斜实景模型的三维道路生成方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于倾斜实景模型的三维道路生成方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的三维道路生成装置的功能模块框图；
图3为本发明实施例提供的三维道路生成方法的数据流向示意图；
图4为本发明实施例提供的平面网格的示意图；
图5为本发明实施例提供的道路设计样式示意图之一；
图6为本发明实施例提供的道路设计样式示意图之二；
图7为本发明实施例提供的道路设计样式示意图之三；
图8为本发明实施例提供的道路中心平面坐标计算图解。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
如图1、3所示，一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法，包括如下步骤：
导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型；
从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据；
通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格；
通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型；
对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理；
将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型。
具体的，倾斜实景模型的道路场景与道路二维平面设计图数据包的道路场景为同一道路。
上述实施例中，将二维的平面数据转换为初始的三维道路模型，并将处理后的倾斜实景模型与初始的三维道路模型进行融合，从而自动生成最终的三维道路模型，三维道路模型结合倾斜实景模型能够生成较为真实的三维表达。
具体地，所述导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型，具体包括：
调用AutoCAD模块导入道路二维平面设计图数据包和预构建的倾斜实景模型。
具体地，如图3所示，所述二维平面设计图数据包中包括道路平面图和道路横断面图；
所述从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据的过程包括：
调用AutoCAD模块中的二次开发包ObjectARX在所述道路平面图中获取道路中心线，在所述道路中心线上解析得到中心线的起点和终点；
按照道路设计标准，规范道路横断面图模板，通过AutoCAD多选工具获取需要进行建模的断面图集合。
二次开发包ObjectARX是AutoDesk公司针对AutoCAD平台上的二次开发而推出的一个开发软件包，它提供了以C++为基础的面向对象的开发环境及应用程序接口，能够真正快速的访问AutoCAD图形数据库。
如图5-7所示，遍历道路横断面图中的多个横断面，遍历过程中解析道路在各个横断面上的多个元素信息；
以所述中心线的起点至终点方向，依次在所述道路横断面图中检索横断面的位置，根据检索到的横断面对应的多个元素信息计算在所述横断面处的道路元素平面坐标，并根据计算得到各个横断面对应的各个道路元素平面坐标建立坐标数据集合。
具体地，如图3所示，多个所述元素信息包括道路中心、路肩宽度、边坡斜率、路基斜率、中心线长度以及路肩长度；
所述根据检索到的横断面对应的多个元素信息计算在所述横断面上的道路元素平面坐标，并根据计算得到各个横断面对应的各个道路元素平面坐标建立坐标数据集合的过程包括：
获取所述横断面与所述道路中心相交的交点，计算所述交点的切线，并根据切线得到垂直于所述切线的道路两端的方向角度；
根据所述切线、方向角度和中心线长度计算得到垂直于所述切线的道路两端的坐标；
根据所述切线和所述路肩宽度计算得到路肩坐标；
根据所述倾斜实景模型计算最外围地形的点坐标，将所述点坐标作为已知点，并以所述边坡斜率发射边坡射线，根据所述点坐标和所述边坡射线计算得到边坡坐标，并以所述路基斜率发射路基射线，根据所述点坐标和所述路基射线计算得到路基坐标；
根据计算得到的各个横断面对应的道路两端的坐标、路肩坐标、边坡坐标和路基坐标建立坐标数据集合。
如图8所示，按照道路横断面的长度，在道路中心线中从起点开始检索该横断面位置，如附图4所示，分别计算该断面上各道路元素的平面坐标；以中心道路为例，该横断面与中心点相交于点a0，计算在该点的切线θ，计算垂直于切线的道路两边方向角度：α和β，如果道路中心离路边长L，则根据切线和中心线长度，可以计算出该断面点道路两边的垂直延伸点分别为：(X0，Y0)，(X1，Y1)。同理，可求得路肩与中心线相交的两个垂直平面坐标。而由于边坡和路基在前面的步骤中解析得到是斜率，此时需要根据倾斜实景模型的地形计算最外围的点坐标，这里利用次外围的已知点，按照斜率发射一根射线，计算该射线与地形相交的点，即为最外围边坡或者地基的点。
具体地，如图3所示，所述二维平面设计图数据包中还包括道路纵断面图；
所述通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格的过程包括：
如图2所示，以“边坡/路基-路肩-道路-路肩-边坡/路基”为顺序构建三维道路的平面格网，并根据建立的坐标数据集合在所述平面格网上对应的网格中标注坐标；X、Y、Z坐标由前述步骤中解析横断面获得的。
利用反距离权重方法并结合道路纵断面图在平面格网中两两邻近网格之间分别进行插值处理，得到优化平面网格。
应理解地，横断面设计图的相隔距离往往较大，若要在三维道路模型中道路的渲染不突兀，需要进一步对按照两个邻近横断面进行插值，取得更小间隔距离的横断面。基于前述步骤中获得的横断面数据信息，利用反距离权重方法结合道路纵断面图对横断面进行插值，形成一个新的横断面集合，从而得到优化平面网格。
反距离加权插值，即IDW(Inverse Distance Weight)，也可以称为距离倒数乘方法，是指距离倒数乘方格网化方法是一个加权平均插值法，可以进行确切的或者圆滑的方式插值。
按照道路细化规则，对每个横断面段，进行进一步细化，利用纵断面获取空间平面坐标，利用倾斜实景模型获取对应的高程坐标，将三维道路的平面格网进一步细化。
具体地，如图3所示，所述通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型的过程包括：
在道路横断面图中提取道路纹理，得到纹路图片；
在优化平面网格中判别各个网格对应的道路元素；
以经判别的优化平面网格为基础调用AutoCAD模块中的AcDbSubDMesh类对象构建三维道路白模模型；
根据各个网格对应的道路元素在所述纹路图片中提取对应的纹理坐标，调用AutoCAD模块中的AcDbSubDMesh类函数将各个纹理坐标匹配到对应的三维道路模型顶点坐标上，得到初始的三维道路模型。
具体地，道路纹理提取过程中：根据横断图对道路的纹理进行研判，提取满足道路设计的纹理图片，如果未检索到纹理图片，则使用默认的纹理图片。
道路元素判别过程中：将道路格网与横断面对应，判别道路格网中每一个网格所属道路元素类别：如道路、路肩、边坡或者路基等。
三维道路白模构建过程中：根据判别后的格网，以AutoCAD中的AcDbSubDMesh类函数为基础，建立三维道路白模模型。三维道路模型生成过程中：根据提取得到的纹理图片，以及道路要素的判别结果，提取纹理图片中道路要素的纹理坐标；将纹理坐标赋值到对应的三维道路模型顶点坐标上，这一步借助AcDbSubDMesh类函数完成纹理坐标与顶点坐标的匹配，从而实现三维道路模型生成。
本实施例中，将二维平面转三维道路模型，进一步实现真实世界的三维表达。
具体地，所述对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理的过程包括：
在所述倾斜实景模型中以网格为对象，构建各个网格的三角面片的压平斜面，根据各个压平斜面得到对应的顶点坐标；
将所述倾斜实景模型中设定平面，将高于所述平面的顶点坐标进行压平，并将低于所述平面的顶点坐标进行抬升处理。
本实施例中，将网格对应的倾斜实景模型地形进行压平。边坡和路基部分生成一个斜面，对于边坡将高于该斜面的地形降低到与斜面同一个水平面上，对于路基将低于该斜面的地形抬升到与斜面同一个水平面上。中心道路和路肩部分生成一个水平/斜面，高于该水平/斜面的地形全部压平，低于该水平/斜面的地形则全部抬升。便于将倾斜实景模型与三维道路模型更好的进行融合。
具体地，所述将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型的过程包括：
调用AutoCAD模块对所述经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行渲染，将渲染后的倾斜实景模型融合至初始的三维道路模型中，得到最终的三维道路模型。
本发明的上述技术方案，对道路设计图中的道路信息提取其中的坐标数据，并根据坐标数据构建道路格网，利用道路格网与倾斜实景模型进行融合，基于ObjectARX构建AutoCAD下的三维道路模型，通过道路纹理图片与平面格网进行纹理映射。从而完成三维道路自动构建和生成，实现在AutoCAD中对道路设计图的三维构建效果。AutoCAD作为辅助制图工具道路规划部门广泛使用，在AutoCAD中通过设计图纸构建与地形融合的三维道路模型的需求也越来越强烈。本发明弥补了AutoCAD中三维道路与地形没有有效融合的缺点，实现了在AutoCAD中对道路进行三维构建且融合实际地形的要求，具有很好的市场推广价值。
实施例2：
一种基于倾斜实景模型的三维道路生成装置，包括：
导入模块，用于导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型；
解析模块，用于从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据；
模型构建模块，用于通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格；
通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型；
对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理；
将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型。
实施例3：
一种基于倾斜实景模型的三维道路生成装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的基于倾斜实景模型的三维道路生成方法。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于倾斜实景模型的三维道路生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型；
从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据；
通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格；
通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型；
对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理；
将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型。
2.根据权利要求1所述的三维道路生成方法，其特征在于，所述导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型，具体包括：
调用AutoCAD模块导入道路二维平面设计图数据包和预构建的倾斜实景模型。
3.根据权利要求1所述的三维道路生成方法，其特征在于，所述二维平面设计图数据包中包括道路平面图和道路横断面图；
所述从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据的过程包括：
调用AutoCAD模块中的二次开发包ObjectARX在所述道路平面图中获取道路中心线，在所述道路中心线上解析得到中心线的起点和终点；
遍历道路横断面图中的多个横断面，遍历过程中解析道路在各个横断面上的多个元素信息；
以所述中心线的起点至终点方向，依次在所述道路横断面图中检索横断面的位置，根据检索到的横断面对应的多个元素信息计算在所述横断面处的道路元素平面坐标，并根据计算得到各个横断面对应的各个道路元素平面坐标建立坐标数据集合。
4.根据权利要求3所述的三维道路生成方法，其特征在于，多个所述元素信息包括道路中心、路肩宽度、边坡斜率、路基斜率、中心线长度以及路肩长度；
所述根据检索到的横断面对应的多个元素信息计算在所述横断面上的道路元素平面坐标，并根据计算得到各个横断面对应的各个道路元素平面坐标建立坐标数据集合的过程包括：
获取所述横断面与所述道路中心相交的交点，计算所述交点的切线，并根据切线得到垂直于所述切线的道路两端的方向角度；
根据所述切线、方向角度和中心线长度计算得到垂直于所述切线的道路两端的坐标；
根据所述切线和所述路肩宽度计算得到路肩坐标；
根据所述倾斜实景模型计算最外围地形的点坐标，将所述点坐标作为已知点，并以所述边坡斜率发射边坡射线，根据所述点坐标和所述边坡射线计算得到边坡坐标，并以所述路基斜率发射路基射线，根据所述点坐标和所述路基射线计算得到路基坐标；
根据计算得到的各个横断面对应的道路两端的坐标、路肩坐标、边坡坐标和路基坐标建立坐标数据集合。
5.根据权利要求4所述的三维道路生成方法，其特征在于，所述二维平面设计图数据包中还包括道路纵断面图；
所述通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格的过程包括：
以“边坡/路基-路肩-道路-路肩-边坡/路基”为顺序构建三维道路的平面格网，并根据建立的坐标数据集合在所述平面格网上对应的网格中标注坐标；
利用反距离权重方法并结合道路纵断面图在平面格网中两两邻近网格之间分别进行插值处理，得到优化平面网格。
6.根据权利要求3所述的三维道路生成方法，其特征在于，所述通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型的过程包括：
在道路横断面图中提取道路纹理，得到纹路图片；
在优化平面网格中判别各个网格对应的道路元素；
以经判别的优化平面网格为基础调用AutoCAD模块中的AcDbSubDMesh类对象构建三维道路白模模型；
根据各个网格对应的道路元素在所述纹路图片中提取对应的纹理坐标，调用AutoCAD模块中的AcDbSubDMesh类函数将各个纹理坐标匹配到对应的三维道路模型顶点坐标上，得到初始的三维道路模型。
7.根据权利要求1所述的三维道路生成方法，其特征在于，所述对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理的过程包括：
在所述倾斜实景模型中以网格为对象，构建各个网格的三角面片的压平斜面，根据各个压平斜面得到对应的顶点坐标；
将所述倾斜实景模型中设定平面，将高于所述平面的顶点坐标进行压平，并将低于所述平面的顶点坐标进行抬升处理。
8.根据权利要求1所述的三维道路生成方法，其特征在于，所述将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型的过程包括：
调用AutoCAD模块对所述经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行渲染，将渲染后的倾斜实景模型融合至初始的三维道路模型中，得到最终的三维道路模型。
9.一种基于倾斜实景模型的三维道路生成装置，其特征在于，包括：
导入模块，用于导入道路二维平面设计图数据包以及道路的倾斜实景模型；
解析模块，用于从所述道路二维平面设计图数据包中解析得到二维道路数据；
模型构建模块，用于通过所述二维道路数据构建三维道路的平面格网，并对所述平面格网进行插值处理，得到优化平面网格；
通过所述优化平面网格构建初始的三维道路模型；
对所述倾斜实景模型进行压平及抬升处理；
将初始的三维道路模型与经压平及抬升处理后的倾斜实景模型进行融合处理，得到最终的三维道路模型。
10.一种基于倾斜实景模型的三维道路生成装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至8任一项所述的基于倾斜实景模型的三维道路生成方法。
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