CN114842151A - 基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法 - Google Patents

基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法 Download PDF

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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供一种基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，属于三维可视化技术领域，包括如下步骤：创建三维模型场景、导出，对导出的三维模型进行渲染并对渲染后的三维模型进行展示；创建可缩放矢量图形标签；将可缩放矢量图形标签添加至三维模型中，将在三维模型中获取的世界坐标转换为对应的三维屏幕坐标后，每次渲染时，重新计算三维屏幕坐标并赋值给可缩放矢量图形标签；本发明将页面中的可缩放矢量图形标签存储为标签对象，在页面渲染时将可缩放矢量图形标签映射进三维场景中，对可缩放矢量图形标签可以实现数据绑定与更新，与页面中其他元素实现联动，进一步提升模型的交互性与可操作性。

Description

基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法
技术领域
本发明涉及三维可视化技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法。
背景技术
三维是指在平面二维系中又加入了一个方向向量构成的空间系。三维既是坐标轴的三个轴，即x轴、y轴、z轴，其中x表示左右空间，y表示前后空间，z表示上下空间(不可用平面直角坐标系去理解空间方向)。在实际应用方面，一般把用X轴形容左右运动，而Z轴用来形容上下运动，Y轴用来形容前后运动，这样就形成了人的视觉立体感，三维场景所指的即是视觉立体感的场景，三维场景用虚拟化技术手段来真实模拟出现实世界的各种物质形态、空间关系等信息。三维场景提供了平面场景和球面场景两种视图模式。
随着信息技术的快速发展，三维场景的使用更加广泛，它可以让我们更直观立体的感受模型，但局限于建模的复杂性与模型唯一性，使得其使用场景受限，只能做静态数据及模型的展示。
SVG(Scalable Vector Graphics，可缩放矢量图形)是目前广泛应用的一种图像文件格式，SVG图形与传统图片相比的最大的特点就是可以其自由缩放，无论放大多少倍数不会出现失真现象。SVG图形基于XML语言，具有XML格式化数据，可以直接用代码来描述或绘制图形。SVG图形的XML格式化数据具有可读性且可动态修改属性，在SVG图形中，每一个笔画都可以对应到一个XML语句，从而可以方便的修改其某些属性。
可缩放矢量图形可以通过点线面构造复杂矢量图形，通过可缩放矢量图形生成的标签，即使是复杂的点线面也可以更改其样式；且通过可缩放矢量图形创建出来的标签依然可以通过JS灵活绑定鼠标事件，可适应各种不同场景及需求的页面元素。
目前通过WebGL创建标签的方式比较复杂；创建的模型也只能是多种立方体拼接，改变其材质，样式较为单一；在实际使用中成本较高且操作难度较大，模型之间容易出现遮挡，影响展示效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，将页面中的可缩放矢量图形标签存储为标签对象，在页面渲染时将可缩放矢量图形标签映射进三维模型场景中，对可缩放矢量图形标签可以实现数据绑定与更新，在创建标签时为可缩放矢量图形标签添加DOM事件，与页面中其他元素实现联动，使得三维模型场景的使用场景更加灵活，显示和操作更加直观，进一步提升可缩放矢量图形标签与三维模型的交互性与可操作性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，包括如下步骤：
创建三维模型并将创建的三维模型导出；
对导出的三维模型进行渲染并对渲染后的三维模型进行展示；
创建可缩放矢量图形标签，为可缩放矢量图形标签设置自定义样式布局；
通过Javascript给可缩放矢量图形标签绑定文档对象模型事件；
将可缩放矢量图形标签添加至三维模型，通过方法中传递的位置信息相关参数判断是否传递位置信息，
若判定为是，获取需要放置标签的三维模型的世界坐标，并将获取到的世界坐标转换为三维屏幕坐标，
若判定为否，则判定是否在方法中传递指定三维模型，
若判定为是，则获取指定三维模型中心位置的世界坐标，然后将获取到的中心位置的世界坐标转换为三维屏幕坐标，
若判定为否，则设置默认位置的世界坐标，然后将获取到的默认位置的世界坐标转换为三维屏幕坐标；
将在三维模型中获取的世界坐标转换为对应的三维屏幕坐标后，每次渲染时，重新计算三维屏幕坐标并赋值给可缩放矢量图形标签，使可缩放矢量图形标签始终为三维模型中世界坐标系中的一点。
进一步的，创建三维模型时，三维模型中的名称设置为有规律的，便于找到模型的名称，不采用随机生成模型名称的方式，以便于后续通过正则选取三维模型对象，实现批量为三维模型添加可缩放矢量图形标签。
进一步的，所述为可缩放矢量图形标签设置自定义样式布局的具体方法为：通过点线面为可缩放矢量图形标签绘制样式，样式数据通过参数接收，使得可缩放矢量图形标签更加灵活。
进一步的，对设置自定义样式布局后的可缩放矢量图形标签进行样式数据更改、样式重构、点线面调整、文档对象模型事件绑定时，通过选取超文本标记可缩放矢量图形标签的类别选中。
进一步的，所述通过Javascript给可缩放矢量图形标签绑定文档对象模型事件的具体方法为在创建可缩放矢量图形标签时以参数的形式传入。
进一步的，将三维模型的世界坐标通过规范化变化和裁剪转化为三维屏幕坐标。
进一步的，转换关系为：
三维模型场景相对于世界的矩阵为M，P为透视投影规范化变化矩阵，V-1为相机相对于世界矩阵的逆矩阵，
Figure BDA0003657892710000031
由上述关系得到的规范化坐标系，从规范化的观察体通过视口变换转换为三维屏幕坐标系，视口变换可以看成向三维坐标系的映射，从规范化的观察体到三维屏幕坐标系的变换是：
Figure BDA0003657892710000032
在视口屏幕区域的左下角位于(xvmin,yvmin,0)，右上角位于(xvmax,yvmax,0),视口的每一个xy位置与刷新缓存中的一个位置相对应。
进一步的，通过WebGL对导出的三维模型进行渲染并展示。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明可缩放矢量图形标签在三维场景中的显示方法，通过将三维模型场景中的世界坐标系转为三维屏幕坐标系，使得可缩放矢量图形标签与三维模型场景实现虚拟绑定，解決了模型使用的受限性，保留了可缩放矢量图形标签通过点线面层层覆盖创建标签的多样性。
2、本发明中创建的可缩放矢量图形标签可通过选取三维模型场景对象的正则语法选中，自定义标签名称，并对其进行显示隐藏及销毁的操作。
3、本发明通过改变可缩放矢量图形标签的缩放值，实现标签与模型联动，实现近大远小的空间感，使得可缩放矢量图形标签具有普通模型的缩放效果，可缩放矢量图形标签在各种缩放下依然保持不失真；
创建的可缩放矢量图形标签可始终面向前方，避免了模型之间的遮挡问题，使得可缩放矢量图形标签永远面向前方并且清晰可见。
4、本发明可以添加文档对象模型(DOM)事件，鼠标滑过，鼠标点击，鼠标双击等一系列事件，进一步提升模型的交互性与可操作性，也可通过事件获取对场景中其他模型、页面中其他文档对象模型(DOM)元素进行操作，将三维模型与页面绑定在一起。
附图说明
图1为本发明基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法的流程示意图；
图2为实施例中可缩放矢量图形标签在三维模型场景中展示的样式之一；
图3为图2中GUI图形用户界面显示区域的示意图；
图4为实施例中可缩放矢量图形标签在三维模型场景中展示的样式之二；
图5为图4中GUI图形用户界面显示区域的示意图；
图6为实施例中可缩放矢量图形标签在三维模型场景中展示的样式之三；
图7为图6中GUI图形用户界面显示区域的示意图。
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的附图1-7，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前通过WebGL创建标签的方式比较复杂；创建的模型也只能是多种立方体拼接，改变其材质，样式较为单一；在实际使用中成本较高且操作难度较大。本技术方案旨在集合可缩放矢量图形标签的优势，使得可缩放矢量图形标签与三维模型场景实现虚拟绑定，解決了模型使用的受限性，保留了可缩放矢量图形标签通过点线面层层覆盖创建标签的多样性。
WebGL(Web图形库)是一个JavaScript API，可在任何兼容的Web浏览器中渲染高性能的交互式3D和2D图形，而无需使用插件。由于通过WebGL渲染三维图形为公知技术，本方案中不再过多赘述。
正则表达式，英语为Regular Expression、regex或regexp，缩写为RE，也译为正规表示法、常规表示法，在计算机科学中，是指一个用来描述或者匹配一系列符合某个句法规则的字符串的单个字符串。在很多文本编辑器或其他工具里，正则表达式通常被用来检索和/或替换那些符合某个模式的文本内容。许多程序设计语言都支持利用正则表达式进行字符串操作。
一种基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，包括如下步骤：
S1：创建三维模型并将创建的三维模型导出，其中创建的三维模型具体为三维场景模型；
具体可通过模型编辑器创建一个城市三维模型场景，通过模型编辑器创建三维模型为公知技术，本方案中不再过多赘述。
其中，创建三维模型时，三维模型中的名称设置为有规律的，便于找到模型的名称，不采用随机生成模型名称的方式，以便于后续通过正则选取三维模型对象，实现批量为三维模型添加可缩放矢量图形标签。
具体依据三维模型类型以规律的形式提前命名名称，比如停车场的名称为P01，P02...，然后根据正则表达式P\\d+匹配项，可以批量选取所有的停车场相关的三维模型，即可实现批量为三维模型添加可缩放矢量图形标签。
S2：对导出的三维模型进行渲染并对渲染后的三维模型进行展示；
其中，具体通过WebGL对导出的三维模型进行渲染并展示。
S3：创建可缩放矢量图形(SVG)标签，为可缩放矢量图形标签设置自定义样式布局；创建可缩放矢量图形(SVG)标签时，通过Javascript给可缩放矢量图形标签绑定文档对象模型事件；
其中，所述为可缩放矢量图形标签设置自定义样式布局的具体方法为：通过点线面为可缩放矢量图形标签绘制样式，样式数据通过参数接收，使得可缩放矢量图形标签更加灵活。
SVG作为一种图像格式和文档格式，图形编辑器中创建SVG即可。
其中，所述通过Javascript给可缩放矢量图形标签绑定文档对象模型事件的具体方法为在创建可缩放矢量图形标签时以参数的形式传入。
JavaScript(JS)是一种脚本语言，JavaScript支持在标签中直接绑定事件，
语法为：onXXX＝"JavaScript Code"，其中：
onXXX为事件名称，例如，鼠标单击事件onclick，鼠标双击事件ondouble，鼠标移入事件onmouseover，鼠标移出事件onmouseout等。JavaScript Code为处理事件的JavaScript代码，一般是函数；
其中，绑定文档对象模型(DOM)事件的具体执行方法可以在创建可缩放矢量图形标签时以参数的形式传入，事件类型包括鼠标单击，鼠标双击、鼠标移入、鼠标移出、鼠标滑过等，进一步提升模型的交互性与可操作性，也可通过事件获取对场景中其他模型、页面中其他DOM元素进行操作，将三维模型与页面绑定在一起。
其中，对设置自定义样式布局后的可缩放矢量图形标签进行样式数据更改、样式重构、点线面调整、文档对象模型事件绑定时，通过选取超文本标记可缩放矢量图形标签的类别选中。
S4：将可缩放矢量图形标签添加至三维模型，在渲染时将可缩放矢量图形标签映射进三维模型场景中，使得可缩放矢量图形标签与三维模型场景实现虚拟绑定。
S5：通过方法中传递的位置信息相关参数判断是否传递位置信息，
S6：若判定为是，获取需要放置标签的三维模型的世界坐标，并将获取到的世界坐标转换为三维屏幕坐标，
若判定为否，
S51：则判定是否在方法中传递指定三维模型，
若判定为是，
S511：则获取指定三维模型中心位置的世界坐标，然后将获取到的中心位置的世界坐标转换为三维屏幕坐标，
若判定为否，
S512：则设置默认位置的世界坐标，然后将获取到的默认位置的世界坐标转换为三维屏幕坐标；
S7：将在三维模型中获取的世界坐标转换为对应的三维屏幕坐标后，每次渲染时，重新计算三维屏幕坐标并赋值给可缩放矢量图形标签，使可缩放矢量图形标签始终为三维模型中世界坐标系中的一点。
其中，将三维模型的世界坐标通过规范化变化和裁剪转化为三维屏幕坐标。
其中，转换关系为：
三维模型场景相对于世界的矩阵为M，P为透视投影规范化变化矩阵，V-1为相机相对于世界矩阵的逆矩阵，
Figure BDA0003657892710000071
由上述关系得到的规范化坐标系，从规范化的观察体通过视口变换转换为三维屏幕坐标系，视口变换可以看成向三维坐标系的映射，从规范化的观察体到三维屏幕坐标系的变换是：
Figure BDA0003657892710000081
在视口屏幕区域的左下角位于(xvmin,yvmin,0)，右上角位于(xvmax,yvmax,0),视口的每一个xy位置与刷新缓存中的一个位置相对应。
将页面中的可缩放矢量图形标签存储为标签对象，在页面渲染时将可缩放矢量图形标签映射进三维模型场景中，对可缩放矢量图形标签可以实现数据绑定与更新，与页面中其他元素实现联动，进一步提升可缩放矢量图形标签与三维模型的交互性与可操作性。
具体的，将可缩放矢量图形标签添加至三维模型体现的场景中，判断是否传递位置信息，判定结果为否，继续判断是否传递指定三维模型场景，判定结果为否，设置默认位置世界坐标，这里为世界坐标原点，然后将获取到的默认位置世界坐标转换为三维屏幕坐标，可缩放矢量图形标签内的任意点线面都可以进行样式的修改和颜色的替换；右侧为通过GUI实现的可编辑参数区域，改变参数可实现可缩放矢量图形标签样式数据的更新。
具体的比如改变背景颜色参数，实现标签样式的背景颜色的替换，具体如图2、3，为可缩放矢量图形标签在三维模型场景中展示的样式之一。
具体改变GUI图形用户界面区域的可编辑参数，如图4、5，为可缩放矢量图形标签在三维模型场景中展示的样式之二。
具体改变GUI图形用户界面区域的可编辑参数，如图6、7，为可缩放矢量图形标签在三维模型场景中展示的样式之三。
通过将三维模型体现的场景中的世界坐标系转为三维屏幕坐标系，使得可缩放矢量图形标签与三维模型体现的场景实现虚拟绑定，可缩放矢量图形标签与三维模型绑定旋转中心，将可缩放矢量图形标签的缩放中心点定位于三维模型体现的场景中一点，使得可缩放矢量图形标签始终围绕三维场景世界坐标系中一点旋转，解决了模型使用的受限性，保留了可缩放矢量图形标签通过点线面层层覆盖创建标签的多样性。
通过改变可缩放矢量图形标签的缩放值，实现可缩放矢量图形标签与三维模型体现的场景的联动，监听三维场景模型中主相机的距离，同比设置可缩放矢量图形标签的缩放值，使得三维模型与可缩放矢量图形标签实现同步缩放，实现近大远小的空间感，使得可缩放矢量图形标签具有普通三维模型的缩放效果，可缩放矢量图形标签在各种缩放下依然保持不失真。
可缩放矢量图形标签可始终面向前方，避免了三维模型之间的遮挡问题，使得可缩放矢量图形标签永远面向前方并且清晰可见。
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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，包括如下步骤：
创建三维模型并将创建的三维模型导出；
对导出的三维模型进行渲染并对渲染后的三维模型进行展示；
创建可缩放矢量图形标签，为可缩放矢量图形标签设置自定义样式布局；
通过Javascript给可缩放矢量图形标签绑定文档对象模型事件；
将可缩放矢量图形标签添加至三维模型，通过方法中传递的位置信息相关参数判断是否传递位置信息，
若判定为是，获取需要放置标签的三维模型的世界坐标，并将获取到的世界坐标转换为三维屏幕坐标，
若判定为否，则判定是否在方法中传递指定三维模型，
若判定为是，则获取指定三维模型中心位置的世界坐标，然后将获取到的中心位置的世界坐标转换为三维屏幕坐标，
若判定为否，则设置默认位置的世界坐标，然后将获取到的默认位置的世界坐标转换为三维屏幕坐标；
将在三维模型中获取的世界坐标转换为对应的三维屏幕坐标后，每次渲染时，重新计算三维屏幕坐标并赋值给可缩放矢量图形标签，使可缩放矢量图形标签始终为三维模型中世界坐标系中的一点。
2.如权利要求1所述的基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，创建三维模型时，三维模型中的名称设置为有规律的，便于找到模型的名称，不采用随机生成模型名称的方式。
3.如权利要求1所述的基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，所述为可缩放矢量图形标签设置自定义样式布局的具体方法为：通过点线面为可缩放矢量图形标签绘制样式，样式数据通过参数接收。
4.如权利要求1所述的基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，对设置自定义样式布局后的可缩放矢量图形标签进行样式数据更改、样式重构、点线面调整、文档对象模型事件绑定时，通过选取超文本标记可缩放矢量图形标签的类别选中目标可缩放矢量图形标签。
5.如权利要求1所述的基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，所述通过Javascript给可缩放矢量图形标签绑定文档对象模型事件的具体方法为在创建可缩放矢量图形标签时以参数的形式传入。
6.如权利要求1所述的基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，将三维模型的世界坐标通过规范化变化和裁剪转换为三维屏幕坐标。
7.如权利要求6所述的基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，转换关系为：
三维模型场景相对于世界的矩阵为M，P为透视投影规范化变化矩阵，V-1为相机相对于世界矩阵的逆矩阵，
Figure FDA0003657892700000021
由上述关系得到的规范化坐标系，从规范化的观察体通过视口变换转换为三维屏幕坐标系，视口变换可以看成向三维坐标系的映射，从规范化的观察体到三维屏幕坐标系的变换是：
Figure FDA0003657892700000022
在视口屏幕区域的左下角位于(xvmin,yvmin,0)，右上角位于(xvmax,yvmax,0),视口的每一个xy位置与刷新缓存中的一个位置相对应。
8.如权利要求1所述的基于数字孪生的可缩放矢量图形标签显示方法，其特征在于，通过WebGL对导出的三维模型进行渲染并展示。
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