CN115861558A - 一种空间数据模型切片的多级简化方法 - Google Patents
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Abstract
一种空间数据模型切片的多级简化方法，涉及地理信息技术领域，其特征在于该方法包括如下步骤：自适应几何结构简化、多尺度纹理简化、基于规则模板进行合并：读取瓦片模型的纹理层数信息,对纹理图片进行分组，生成纹理组群，生成各组对应的规则模板，将纹理组群内的纹理进行分配至模板窗口，计算纹理还原信息并绑定至模型纹理坐标中，融合模板内的纹理图片生成新的纹理，替换模型中的纹理图片，获得合并后的模型纹理。优点：可以根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，能够大幅度减少模型几何结构信息；多尺度纹理简化可以对切片模型纹理进行不同尺度的简化，可以降低切片数据量，提升切片在场景中的调度渲染速度。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息技术领域，具体的说能够根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，能够大幅度减少模型几何结构信息；多尺度纹理简化可以对切片中模型纹理进行不同尺度的简化，更大程度的对纹理大小进行了缩减；基于规则模板的纹理合并可以减少纹理的数量、保证纹理大小一致，提升渲染速度，同时在纹理合并过程中保存了纹理的还原信息，在渲染时可以将纹理图片中的各个部分抽取还原，避免了重复纹理变形的现象的一种空间数据模型切片的多级简化方法。
背景技术
随着IT技术和产业的迅速发展，地理信息方法(GIS)以它显著的特点和日益强大的功能广泛地深入到各行各业，并在其中发挥着越来越重大的作用。与此同时，这些应用反过来又对GIS提出了更多、更高的要求。人们生活在一个真实的三维空间内，很多实际现象依靠现有的2D GIS得不到很好的解决，如城市规划中立交桥及建筑物的设计及景观模拟；地下铁路、商场、停车场及其它服务设施的数据管理及图形显示；电力、通讯设施的合理布局与规划；房产部门中楼房住宅的消防、供电、供水、供气、报警等设施的合理配置；城市地上、地下管网的合理分布、管理、查询及最佳路径的选择；航空飞行线路的规划与管理；地质、石油等领域的地层、断裂、地质构造体、油层、地下气、地下水等各种现象的描述及分析等等。这些都需要直观的真三维表示，传统的2D GIS已结不能满足人民的应用需求，它迫切需要向3D GIS转换。因此，3D GIS激起了研究人员的强烈兴趣。对3D GIS的研究已成为学术界关注的热点。
随着“数字地球”、“数字城市”等一系列概念的提出，有关三维城市模型的应用需求正迅速增加。地理信息的普遍服务如数字城市、虚拟地理环境等也对其三维表示提出了紧迫的要求，而对地观测技术和计算机技术特别是分辨率遥感技术和计算机图形图像处理技术的进步为此提供了多种显示途径。地理信息的三维表示具有以下显著的特征：
三维表示能够给与用户更加直观的空间高程信息，而传统的二维表示反映的都是空间物体的平面位置，其高程信息只是作为一个属性值而存在，并不能被直观地反映出来。
以更加直观和逼真的方式指出空间目标种类及数量和质量特征以及对象的空间位置和现象的时空分布，所以三维表示具有完整的时空定位特征。
与之对应，数码城市是关于城市的一种逼真的三维数字表示，使人们可以探察汇集关于城市的自然和人文信息，并与之互动。在摄影测量界，数码城市大多数情况下指三维城市模型，它不仅呈现三维城市模型，而且还提供具有相片直观的表面描述如逼真的材质和纹理特征以及相关的属性信息，满足数码城市需要的GIS被称为“数码城市GIS”。与三维可视化和虚拟显示技术相比，实用化的真三维GIS的研究进展则缓慢很多，其理论与技术都还不成熟。因此，不像一般意义的真三维GIS，数码城市GIS现阶段还只是真三维GIS一种特殊的原型方法，根据大多数的应用需求在许多方面进行了简化，比如采用外包围表面模型代替实体几何模型和淡化了复杂的空间拓扑关系等，不论现实世界如何映射到空间数据库，更强调GIS以一种稳健有效的方式提供三维能力。
但是目前的三维GIS方法存在若干关键技术问题需要解决，能够根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，能够大幅度减少模型几何结构信息；多尺度纹理简化可以对切片中模型纹理进行不同尺度的简化，更大程度的对纹理大小进行了缩减；基于规则模板的纹理合并可以减少纹理的数量、保证纹理大小一致，提升渲染速度，同时在纹理合并过程中保存了纹理的还原信息，在渲染时可以将纹理图片中的各个部分抽取还原，避免了重复纹理变形的现象。本方法不仅可以使切片中模型能够在多级定量可视距离下产生多级简化效果并保持模型特征，而且可以降低切片数据量，提升切片在场景中的调度渲染速度。
发明内容
为了克服现有技术方案的弊端，能够根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，能够大幅度减少模型几何结构信息；多尺度纹理简化可以对切片中模型纹理进行不同尺度的简化，更大程度的对纹理大小进行了缩减；基于规则模板的纹理合并可以减少纹理的数量、保证纹理大小一致，提升渲染速度，同时在纹理合并过程中保存了纹理的还原信息，在渲染时可以将纹理图片中的各个部分抽取还原，避免了重复纹理变形的现象。可以使切片中模型能够在多级定量可视距离下产生多级简化效果并保持模型特征，而且可以降低切片数据量，提升切片在场景中的调度渲染速度。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，包括如下步骤：自适应几何结构简化：读取模型几何结构信息，根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，对切片中模型进行多层次简化，根据计算得到的自适应边折叠参数对三角面进行边折叠简化并对纹理坐标进行重新分配，在边折叠简化的结果上根据计算得到的自适应面删除参数进行面删除简化，在面删除简化结果的基础上根据计算得到的自适应点聚合参数对模型三角点进行聚合简化；多尺度纹理简化：从经过自适应几何简化的切片中的模型中提取纹理图片，运算各个纹理对应的纹理简化系数，生成纹理简化信息字典，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化；基于规则模板进行合并：读取切片中模型的纹理层数信息,对纹理图片进行分组，生成纹理组群，生成各组对应的规则模板，将纹理组群内的纹理分配至模板窗口，计算纹理还原信息并绑定至模型纹理坐标中，融合模板内的纹理图片生成新的纹理图片，替换模型中的纹理图片，获得合并后的模型纹理。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述自适应几何结构简化的步骤为：
读取模型几何结构信息：批量对模型几何结构中的顶点坐标进行信息读取，从属：其中顶点坐标中的信息包括：法线坐标、顶点坐标、纹理坐标，
筛选边折叠三角面：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，进一步根据公式计算出每个三角面投影像素值，对投影像素值＜1的三角面进行标记等待处理，对三角面投影像素值≥1的三角面进行保留；
对三角面的边进行折叠简化：将每个具有标识的三角面参与运算获得边折叠的二次误差值后通过运算获得边折叠权重值并对三角面的边进行折叠，生成新的三角面并更新顶点坐标；
对三角面进行筛选并删除：在重组后的三角面中筛选内角小于极值的三角面，在角度筛选的基础上进一步筛选获得最短边投影像素值小于1的三角面，对筛选获得的三角面进行删除；
计算三角点聚合阈值：根据切片中模型坐标的最大值与模型坐标的最小值运算切片包围盒半径，再根据得到的切片包围盒半径运算获得切片聚合阈值；
对模型三角点进行聚合：将切片所在的空间以切片聚合阈值为边长划分成等同体积的立方体，对每个立方体中的模型顶点进行顶点聚合，删除冗余纹理。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述筛选边折叠三角面的步骤为：
计算定量可视距离下各三角面投影至场景平面像素值：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，其中运算公式为：
式中：
S△代表三角面面积；
x1、y1、z1代表三角面第一个顶点的顶点坐标的坐标值；
x2，y2，z2代表三角面第二个顶点的顶点坐标的坐标值；
x3，y3，z3代表三角面第三个顶点的顶点坐标的坐标值；
通过三角面的面积值与指定范围内的可视距离通过运算公式获得投影像素值，其中运算公式为：
式中：
P△代表三角面投影像素值；
S△代表三角面的面积值；
d代表指定范围内的可视距离；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角；
筛选三角面投影像素值＜1的三角面：根据运算后获得的投影像素值对模型中各个三角面进行筛选，当判定其三角面投影像素值＜1时，对其三角面赋予标识并等待进一步处理，当判定其三角面投影像素值≥1时，对其三角面进行保留。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述对三角面的边进行折叠简化的步骤为：
对边折叠进行二次误差运算：通过具有标识的三角面的顶点坐标和所处的平面运算获得边折叠的二次误差值，其中所述运算公式为：
式中：
x、y、z为三角面边的中点坐标值；
a、b、c、d代表该边所属平面ax+by+cz+d＝0的平面方程各项系数；
E代表边折叠的二次误差值；
对折叠权重值进行运算：依据运算获得的边折叠的二次误差值计算边折叠权重值；其中所述运算公式为：
式中：
E代表边折叠的二次误差值；
P代表边折叠权重值；
根据权重值执行边折叠：根据边折叠权重值对每个三角面边的折叠顺序进行重新排序并折叠生成重组后的三角面；
对纹理坐标进行重新分配：对重组后的三角面的纹理坐标进行更新配置。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述对三角面进行筛选并删除的步骤为：
筛选内角小于极值的三角面：利用三角函数余弦公式和重组后的三角面的顶点坐标运算出各个内角，筛选出内角小于极值的三角面；
筛选最短边投影像素值小于1的三角面：利用三角函数余弦公式运算得到已筛选出内角小于极值的三角面的最短边的边长，运算获得投影至场景平面的像素值小于1的三角面；其中所述运算公式为：
式中：
e代表最短边的边长；
Pedge代表最短边投影至场景平面的像素值；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角
对筛选结果进行删除：对筛选获得的三角面进行删除。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述计算三角点聚合阈值的具体步骤为：
计算模型包围盒半径：根据切片中模型坐标的最大值与模型坐标的最小值运算切片包围盒半径；其中所述运算公式为：
式中：
R代表运算得到的包围盒半径；
xmin、ymin、zmin代表切片中模型顶点坐标值中的最小值；
xmax、ymax、zmax代表切片中模型顶点坐标值中的最大值；
根据半径计算聚合阈值：根据得到的切片包围盒半径运算获得切片聚合阈值；其中所述运算公式为：
式中：
T代表运算获得的切片聚合阈值；
R代表包围盒半径；
n代表简化程度。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述多尺度纹理简化的具体步骤为；
对纹理简化尺度系数进行运算：提取切片中模型纹理图片对应的三角面集合，计算每个纹理图片对应的三角面面积值总和，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算，进一步根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，同时生成纹理简化信息字典；
依据纹理简化系数对各个纹理进行简化：遍历单一切片中模型的纹理图片，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述对纹理简化尺度系数进行运算的具体步骤为：
提取纹理使用三角面集合：提取切片中模型的纹理图片，筛选出各个纹理图片对应的三角面，得到各个纹理图片使用的三角面集合；
对三角面集合分段统计，生成纹理简化信息字典：将各个纹理图片使用的三角面集合面积值加和(公式1)，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算(公式2)，根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，生成纹理简化信息字典(公式3)；
其中所述加和运算公式1为：
式中：
Sp代表每个纹理图片对应的三角面集合面积值总和；
Si代表每个纹理图片对应的各个三角面集合的面积值；
其中所述运算公式2为；
式中：
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计运算结果；
Sj和
分别代表第j个纹理图片和所有纹理图片对应的三角面集合面积值的总和；
其中所述运算公式3为；
式中：
rj代表第j个纹理图片对应的纹理简化系数；
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计结果；
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述基于规则模板进行合并的具体步骤为：
获取模型纹理层数信息：读取切片中模型的材质信息，从材质信息中获取纹理层数信息；
对纹理进行分组：根据纹理层数信息生成与之相互对应数量的纹理合并模板，将切片中模型包含的纹理图片按照纹理层数进行分组，获得多个不同层级的纹理组群；
分配各组内的纹理至模板窗口：遍历各层级纹理组群，将各个纹理组群中的纹理图片分配至对应模板窗口中指定的位置中；
计算纹理还原信息：根据各个纹理图片在模板窗口中指定的位置生成纹理还原信息；
绑定纹理还原信息至模型坐标：将生成的纹理还原信息绑定至模型的纹理坐标中；
根据模板生成新纹理：将各个模板窗口进行融合，使每个模板窗口生成一张新的纹理图片，并将新生成的纹理图片、新生成的纹理图片和原纹理图片的映射关系均进行保存；
替换模型纹理：依据新生成的纹理图片与原纹理图片的映射关系对切片中模型材质信息中的纹理信息进行更新，去除原纹理图片，获得替换后的模型纹理。
一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述指定范围内的可视距离为：1cm至5000m之间。
由此可见：
本发明实施例中的方法可以根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，能够大幅度减少模型几何结构信息；多尺度纹理简化可以对切片模型纹理进行不同尺度的简化，更大程度的对纹理大小进行了缩减；基于规则模板的纹理合并可以减少纹理的数量、保证纹理大小一致，提升渲染速度，同时在纹理合并过程中保存了纹理的还原信息，在渲染时可以将纹理图片中的各个部分抽取还原，避免了重复纹理变形的现象。本方法不仅可以使切片模型能够在多级定量可视距离下产生多级简化效果并保持模型特征，而且可以降低切片数据量，提升切片在场景中的调度渲染速度。
附图说明
图1为本发明的实施例中提供的空间数据模型切片的多级简化方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中的自适应几何结构简化步骤流程示意图；
图3为本发明实施例中筛选边折叠三角面步骤流程示意图；
图4为本发明实施例中的对三角面的边进行折叠简化步骤流程示意图；
图5为本发明实施例中的对三角面进行筛选并删除步骤流程示意图；
图6为本发明实施例中的计算三角点聚合阈值步骤流程示意图；
图7为本发明实施例中的多尺度纹理简化步骤流程示意图；
图8为本发明实施例中的对纹理简化尺度系数进行运算步骤流程示意图；
图9为本发明实施例中的基于规则模板进行合并步骤流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
图1为本实施例提供的空间数据模型切片的多级简化方法的流程示意图，如图1所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，该方法包括如下步骤：自适应几何结构简化：读取模型几何结构信息，根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，对切片中模型进行多层次简化，根据计算得到的自适应边折叠参数对三角面进行边折叠简化并对纹理坐标进行重新分配，在边折叠简化的结果上根据计算得到的自适应面删除参数进行面删除简化，在面删除简化结果的基础上根据计算得到的自适应点聚合参数对模型三角点进行聚合简化；多尺度纹理简化：从经过自适应几何简化的切片中的模型中提取纹理图片，运算各个纹理对应的纹理简化系数，生成纹理简化信息字典，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化；基于规则模板进行合并：读取切片中模型的纹理层数信息,对纹理图片进行分组，生成纹理组群，生成各组对应的规则模板，将纹理组群内的纹理分配至模板窗口，计算纹理还原信息并绑定至模型纹理坐标中，融合模板内的纹理图片生成新的纹理图片，替换模型中的纹理图片，获得合并后的模型纹理。
如图2所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述自适应几何结构简化的步骤为：
读取模型几何结构信息：批量对模型几何结构中的顶点坐标进行信息读取，从属：其中顶点坐标中的信息包括：法线坐标、顶点坐标、纹理坐标，
筛选边折叠三角面：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，进一步根据公式计算出每个三角面投影像素值，对投影像素值＜1的三角面进行标记等待处理，对三角面投影像素值≥1的三角面进行保留；
对三角面的边进行折叠简化：将每个具有标识的三角面参与运算获得边折叠的二次误差值后通过运算获得边折叠权重值并对三角面的边进行折叠，生成新的三角面并更新顶点坐标；
对三角面进行筛选并删除：在重组后的三角面中筛选内角小于极值的三角面，在角度筛选的基础上进一步筛选获得最短边投影像素值小于1的三角面，对筛选获得的三角面进行删除；
计算三角点聚合阈值：根据切片中模型坐标的最大值与模型坐标的最小值运算切片包围盒半径，再根据得到的切片包围盒半径运算获得切片聚合阈值；
对模型三角点进行聚合：将切片所在的空间以切片聚合阈值为边长划分成等同体积的立方体，对每个立方体中的模型顶点进行顶点聚合，删除冗余纹理。
如图3所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述筛选边折叠三角面的步骤为：
计算定量可视距离下各三角面投影至场景平面像素值：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，其中运算公式为：
式中：
S△代表三角面面积；
x1、y1、z1代表三角面第一个顶点的顶点坐标的坐标值；
x2，y2，z2代表三角面第二个顶点的顶点坐标的坐标值；
x3，y3，z3代表三角面第三个顶点的顶点坐标的坐标值；
通过三角面的面积值与指定范围内的可视距离通过运算公式获得投影像素值，其中运算公式为：
式中：
P△代表三角面投影像素值；
S△代表三角面的面积值；
d代表指定范围内的可视距离；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角；
筛选三角面投影像素值＜1的三角面：根据运算后获得的投影像素值对模型中各个三角面进行筛选，当判定其三角面投影像素值＜1时，对其三角面赋予标识并等待进一步处理，当判定其三角面投影像素值≥1时，对其三角面进行保留。
如图4所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述对三角面的边进行折叠简化的步骤为：
对边折叠进行二次误差运算：通过具有标识的三角面的顶点坐标和所处的平面运算获得边折叠的二次误差值，其中所述运算公式为：
式中：
x、y、z为三角面边的中点坐标值；
a、b、c、d代表该边所属平面ax+by+cz+d＝0的平面方程各项系数；
E代表边折叠的二次误差值；
对折叠权重值进行运算：依据运算获得的边折叠的二次误差值计算边折叠权重值；其中所述运算公式为：
式中：
E代表边折叠的二次误差值；
P代表边折叠权重值；
根据权重值执行边折叠：根据边折叠权重值对每个三角面边的折叠顺序进行重新排序并折叠生成重组后的三角面；
对纹理坐标进行重新分配：对重组后的三角面的纹理坐标进行更新配置。
如图5所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述对三角面进行筛选并删除的步骤为：
筛选内角小于极值的三角面：利用三角函数余弦公式和重组后的三角面的顶点坐标运算出各个内角，筛选出内角小于极值的三角面；
筛选最短边投影像素值小于1的三角面：利用三角函数余弦公式运算得到已筛选出内角小于极值的三角面的最短边的边长，运算获得投影至场景平面的像素值小于1的三角面；其中所述运算公式为：
式中：
e代表最短边的边长；
Pedge代表最短边投影至场景平面的像素值；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角
对筛选结果进行删除：对筛选获得的三角面进行删除。
如图6所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述计算三角点聚合阈值的具体步骤为：
计算模型包围盒半径：根据切片中模型坐标的最大值与模型坐标的最小值运算切片包围盒半径；其中所述运算公式为：
式中：
R代表运算得到的包围盒半径；
xmin、ymin、zmin代表切片中模型顶点坐标值中的最小值；
xmax、ymax、zmax代表切片中模型顶点坐标值中的最大值；
根据半径计算聚合阈值：根据得到的切片包围盒半径运算获得切片聚合阈值；其中所述运算公式为：
式中：
T代表运算获得的切片聚合阈值；
R代表包围盒半径；
n代表简化程度。
如图7所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述多尺度纹理简化的具体步骤为；
对纹理简化尺度系数进行运算：提取切片中模型纹理图片对应的三角面集合，计算每个纹理图片对应的三角面面积值总和，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算，进一步根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，同时生成纹理简化信息字典；
依据纹理简化系数对各个纹理进行简化：遍历单一切片中模型的纹理图片，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化。
如图8所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述对纹理简化尺度系数进行运算的具体步骤为：
提取纹理使用三角面集合：提取切片中模型的纹理图片，筛选出各个纹理图片对应的三角面，得到各个纹理图片使用的三角面集合；
对三角面集合分段统计，生成纹理简化信息字典：将各个纹理图片使用的三角面集合面积值加和(公式1)，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算(公式2)，根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，生成纹理简化信息字典(公式3)；
其中所述加和运算公式1为：
式中：
Sp代表每个纹理图片对应的三角面集合面积值总和；
Si代表每个纹理图片对应的各个三角面集合的面积值；
其中所述运算公式2为；
式中：
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计运算结果；
Sj和
分别代表第j个纹理图片和所有纹理图片对应的三角面集合面积值的总和；
其中所述运算公式3为；
式中：
rj代表第j个纹理图片对应的纹理简化系数；
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计结果；
如图9所示，一种空间数据模型切片的多级简化方法，所述基于规则模板进行合并的具体步骤为：
获取模型纹理层数信息：读取切片中模型的材质信息，从材质信息中获取纹理层数信息；
对纹理进行分组：根据纹理层数信息生成与之相互对应数量的纹理合并模板，将切片中模型包含的纹理图片按照纹理层数进行分组，获得多个不同层级的纹理组群；
分配各组内的纹理至模板窗口：遍历各层级纹理组群，将各个纹理组群中的纹理图片分配至对应模板窗口中指定的位置中；
计算纹理还原信息：根据各个纹理图片在模板窗口中指定的位置生成纹理还原信息；
绑定纹理还原信息至模型坐标：将生成的纹理还原信息绑定至模型的纹理坐标中；
根据模板生成新纹理：将各个模板窗口进行融合，使每个模板窗口生成一张新的纹理图片，并将新生成的纹理图片、新生成的纹理图片和原纹理图片的映射关系均进行保存；
替换模型纹理：依据新生成的纹理图片与原纹理图片的映射关系对切片中模型材质信息中的纹理信息进行更新，去除原纹理图片，获得替换后的模型纹理。
具体实施案例中所述指定范围内的可视距离为：500m。
下面以一个具体实施案例来详细阐述。
本方法对空间数据模型切片进行处理。采用本方法可以对给定的建筑数据模型切片进行多级简化，产生在多级定量可视距离下的多级简化效果，并可以保持模型特征，提升切片在场景中的调度渲染速度。
首先，进行自适应几何结构简化。读取建筑模型顶点坐标信息，根据500m可视距离和建筑模型特点计算自适应简化参数，对切片中建筑模型进行多层次简化，根据计算得到的自适应边折叠参数对三角面进行边折叠简化并对纹理坐标进行重新分配，在边折叠简化的结果上根据计算得到的自适应面删除参数进行面删除简化，在面删除简化结果的基础上根据计算得到的自适应点聚合参数对建筑模型三角点进行聚合简化。
其次，进行多尺度纹理简化。从经过自适应几何简化的切片中的建筑模型中提取纹理图片，运算各个纹理对应的纹理简化系数，生成纹理简化信息字典，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化；
最后，基于规则模板进行合并。读取切片中建筑模型的纹理层数信息,对纹理图片进行分组，生成纹理组群，生成各组对应的规则模板，将纹理组群内的纹理分配至模板窗口，计算纹理还原信息并绑定至建筑模型纹理坐标中，融合模板内的纹理图片生成新的纹理图片，替换建筑模型中的纹理图片，获得合并后的建筑模型纹理。
在具体实施案例中所述自适应几何结构简化的步骤具体可为：
1、读取模型几何结构信息：批量对建筑模型几何结构中的法线坐标、顶点坐标、纹理坐标信息进行读取；
2、筛选边折叠三角面：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，进一步根据公式计算出每个三角面投影像素值，对投影像素值＜1的三角面进行标记等待处理，对三角面投影像素值≥1的三角面进行保留；
3、对三角面的边进行折叠简化：将每个具有标识的三角面参与运算获得边折叠的二次误差值后通过运算获得边折叠权重值并对三角面的边进行折叠，生成新的三角面并更新顶点坐标；
4、对三角面进行筛选并删除：在重组后的三角面中筛选内角小于极值的三角面，在角度筛选的基础上进一步筛选获得最短边投影像素值小于1的三角面，对筛选获得的三角面进行删除；
5、计算三角点聚合阈值：根据切片中建筑模型坐标的最大值与建筑模型坐标的最小值运算切片包围盒半径，再根据得到的切片包围盒半径运算获得切片聚合阈值；
6、对模型三角点进行聚合：将切片所在的空间以切片聚合阈值为边长划分成等同体积的立方体，对每个立方体中的建筑模型顶点进行顶点聚合，删除冗余纹理。
在具体实施案例中所述筛选边折叠三角面的步骤具体可为：
(1)计算定量可视距离下各三角面投影至场景平面像素值：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，其中运算公式为：
式中：
S△代表三角面面积；
x1、y1、z1代表三角面第一个顶点的顶点坐标的坐标值；
x2，y2，z2代表三角面第二个顶点的顶点坐标的坐标值；
x3，y3，z3代表三角面第三个顶点的顶点坐标的坐标值；
通过三角面的面积值与500m可视距离通过运算公式获得投影像素值，其中运算公式为：
式中：
P△代表三角面投影像素值；
S△代表三角面的面积值；
d代表500m可视距离；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角；
(2)筛选三角面投影像素值＜1的三角面：根据运算后获得的投影像素值对建筑模型中各个三角面进行筛选，当判定其三角面投影像素值＜1时，对其三角面赋予标识并等待进一步处理，当判定其三角面投影像素值≥1时，对其三角面进行保留。
在具体实施案例中所述对三角面的边进行折叠简化的步骤具体可为：
(1)对边折叠进行二次误差运算：通过具有标识的三角面的顶点坐标和所处的平面运算获得边折叠的二次误差值，其中所述运算公式为：
式中：
x、y、z为三角面边的中点坐标值；
a、b、c、d代表该边所属平面ax+by+cz+d＝0的平面方程各项系数；
E代表边折叠的二次误差值；
(2)对折叠权重值进行运算：依据运算获得的边折叠的二次误差值计算边折叠权重值；其中所述运算公式为：
式中：
E代表边折叠的二次误差值；
P代表边折叠权重值；
(3)根据权重值执行边折叠：根据边折叠权重值对每个三角面边的折叠顺序进行重新排序并折叠生成重组后的三角面；
(4)对纹理坐标进行重新分配：对重组后的三角面的纹理坐标进行更新配置。
在具体实施案例中所述对三角面进行筛选并删除的步骤具体可为：
(1)筛选内角小于极值的三角面：利用三角函数余弦公式和重组后的三角面的顶点坐标运算出各个内角，筛选出内角小于极值的三角面；
(2)筛选最短边投影像素值小于1的三角面：利用三角函数余弦公式运算得到已筛选出内角小于极值的三角面的最短边的边长，运算获得投影至场景平面的像素值小于1的三角面；其中所述运算公式为：
式中：
e代表最短边的边长；
Pedge代表最短边投影至场景平面的像素值；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角
(3)对筛选结果进行删除：对筛选获得的三角面进行删除。
在具体实施案例中所述计算三角点聚合阈值的步骤具体可为：
(1)计算模型包围盒半径：根据切片中建筑模型坐标的最大值与建筑模型坐标的最小值运算切片包围盒半径；其中所述运算公式为：
式中：
R代表运算得到的包围盒半径；
xmin、ymin、zmin代表切片中建筑模型顶点坐标值中的最小值；
xmax、ymax、zmax代表切片中建筑模型顶点坐标值中的最大值；
(2)根据半径计算聚合阈值：根据得到的切片包围盒半径运算获得切片聚合阈值；其中所述运算公式为：
式中：
T代表运算获得的切片聚合阈值；
R代表包围盒半径；
n代表简化程度。
在具体实施案例中所述多尺度纹理简化的步骤具体可为；
1、对纹理简化尺度系数进行运算：提取切片中建筑模型纹理图片对应的三角面集合，计算每个纹理图片对应的三角面面积值总和，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算，进一步根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，同时生成纹理简化信息字典；
2、依据纹理简化系数对各个纹理进行简化：遍历单一切片中建筑模型的纹理图片，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化。
在具体实施案例中所述对纹理简化尺度系数进行运算的步骤具体可为：
(1)提取纹理使用三角面集合：提取切片中建筑模型的纹理图片，筛选出各个纹理图片对应的三角面，得到各个纹理图片使用的三角面集合；
(2)对三角面集合分段统计，生成纹理简化信息字典：将各个纹理图片使用的三角面集合面积值加和(公式1)，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算(公式2)，根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，生成纹理简化信息字典(公式3)；
其中所述加和运算公式1为：
式中：
Sp代表每个纹理图片对应的三角面集合面积值总和；
Si代表每个纹理图片对应的各个三角面集合的面积值；
其中所述运算公式2为；
式中：
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计运算结果；
Sj和
分别代表第j个纹理图片和所有纹理图片对应的三角面集合面积值的总和；
其中所述运算公式3为；
式中：
rj代表第j个纹理图片对应的纹理简化系数；
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计结果；
在具体实施案例中所述基于规则模板进行合并的步骤具体可为：
1、获取模型纹理层数信息：读取切片中建筑模型的材质信息，从材质信息中获取纹理层数信息；
2、对纹理进行分组：根据纹理层数信息生成与之相互对应数量的纹理合并模板，将切片中建筑模型包含的纹理图片按照纹理层数进行分组，获得多个不同层级的纹理组群；
3、分配各组内的纹理至模板窗口：遍历各层级纹理组群，将各个纹理组群中的纹理图片分配至对应模板窗口中指定的位置中；
4、计算纹理还原信息：根据各个纹理图片在模板窗口中指定的位置生成纹理还原信息；
5、绑定纹理还原信息至模型坐标：将生成的纹理还原信息绑定至建筑模型的纹理坐标中；
6、根据模板生成新纹理：将各个模板窗口进行融合，使每个模板窗口生成一张新的纹理图片，并将新生成的纹理图片、新生成的纹理图片和原纹理图片的映射关系均进行保存；
7、替换模型纹理：依据新生成的纹理图片与原纹理图片的映射关系对切片中建筑模型材质信息中的纹理信息进行更新，去除原纹理图片，获得替换后的建筑模型纹理。
前述的方法描述和流程示意图仅被提供作为示例性的示例且其不意在需要或隐含必须以所给出的顺序执行上述操作或各个方面的步骤。如本领域的技术人员将明白的，可以以任何顺序来执行在前述方面中的框的顺序。诸如“其后”、“然后”、“接下来”等之类的词并不意在限制操作或步骤的顺序；这些词仅用于引导读者遍历对方法的描述。此外，任何对权利要求元素的单数引用，例如，使用冠词“一”、“一个”或“该”不被解释为将该元素限制为单数。
结合本文中公开的方面描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的可交换性，上文对各种说明性的组件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个方法所施加的设计约束。熟练的技术人员可以针对每个特定的应用，以变通的方式来实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应被解释为引起脱离本发明的保护范围。
本发明实施例中的方法能够根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，能够大幅度减少模型几何结构信息；多尺度纹理简化可以对切片中模型纹理进行不同尺度的简化，更大程度的对纹理大小进行了缩减；基于规则模板的纹理合并可以减少纹理的数量、保证纹理大小一致，提升渲染速度，同时在纹理合并过程中保存了纹理的还原信息，在渲染时可以将纹理图片中的各个部分抽取还原，避免了重复纹理变形的现象。本方法不仅可以使切片中模型能够在多级定量可视距离下产生多级简化效果并保持模型特征，而且可以降低切片数据量，提升切片在场景中的调度渲染速度。
提供所公开的方面的前述描述，以使本领域的任何技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域技术人员来说，对这些方面的各种修改将是显而易见的，并且本文定义的总体原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下应用于其它实施例。因此，本发明不旨在受限于本文给出的方面，而是与符合与本文公开的原理和新颖特征相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于该方法包括如下步骤：自适应几何结构简化：读取模型几何结构信息，根据定量可视距离和模型特点计算自适应简化参数，对切片中模型进行多层次简化，根据计算得到的自适应边折叠参数对三角面进行边折叠简化并对纹理坐标进行重新分配，在边折叠简化的结果上根据计算得到的自适应面删除参数进行面删除简化，在面删除简化结果的基础上根据计算得到的自适应点聚合参数对模型三角点进行聚合简化；多尺度纹理简化：经过自适应几何简化的瓦片模型中提取纹理图片，运算各个纹理对应的纹理简化系数，生成纹理简化信息字典，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化；基于规则模板进行合并：读取瓦片模型的纹理层数信息,对纹理图片进行分组，生成纹理组群，生成各组对应的规则模板，将纹理组群内的纹理进行分配至模板窗口，计算纹理还原信息并绑定至模型纹理坐标中，融合模板内的纹理图片生成新的纹理，替换模型中的纹理图片，获得合并后的模型纹理。
2.根据权利要求1所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述自适应几何结构简化的步骤为：
读取模型几何结构信息：批量对模型几何结构中的顶点坐标进行信息读取，从属：其中顶点坐标中的信息包括：法线坐标、顶点坐标、纹理坐标，
筛选边折叠三角面：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，进一步根据公式计算出每个三角面投影像素值，对投影像素值＜1的三角面进行标记等待处理，对三角面投影像素值≥1时的三角面进行保留；
对三角面的边进行折叠简化：将每个具有标识的三角面参与运算获得边折叠的二次误差值后通过运算获得边折叠权重值并对三角面的边进行折叠，生成新的三角面并更新顶点坐标；
对三角面进行筛选并删除：在重组后的三角面中筛选内角小于极值的三角面，在角度筛选的基础上进一步筛选获得最短边投影像素值小于1的三角面，对筛选获得的三角面进行删除；
计算三角点聚合阈值：根据瓦片中模型坐标的最大值与模型坐标的最小值运算瓦片包围盒半径，再根据得到的瓦片包围盒半径运算获得瓦片聚合阈值；
对模型三角点进行聚合：将瓦片所在的空间以瓦片聚合阈值为边长划分成等同体积的立方体，对每个立方体中的模型顶点进行顶点聚合，删除冗余纹理。
3.根据权利要求2所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述筛选边折叠三角面的步骤为：
计算定量可视距离下各三角面投影至场景平面像素值：根据顶点坐标中的坐标值通过公式运算出每个三角面的面积值，其中运算公式为：
式中：
S△代表三角面面积；
x1、y1、z1代表三角面第一个顶点的顶点坐标的坐标值；
x2，y2，z2代表三角面第二个顶点的顶点坐标的坐标值；
x3，y3，z3代表三角面第三个顶点的顶点坐标的坐标值；
通过三角面的面积值与指定范围内的可视距离通过运算公式获得投影像素值，其中运算公式为：
式中：
P△代表三角面投影像素值；
S△代表三角面的面积值；
d代表指定范围内的可视距离，从属：其中指定范围内的可视距离为：1cm至5000m之间；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角；
筛选三角面投影像素值＜1的三角面：根据运算后获得的投影像素值对模型中各个三角面进行筛选，当判定其三角面投影像素值＜1时，对其三角面赋予标识并等待进一步处理，当判定其三角面投影像素值≥1时，对其三角面进行保留。
4.根据权利要求2所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述对三角面的边进行折叠简化的步骤为：
对边折叠进行二次误差运算：通过具有标识的三角面的顶点坐标和所处的平面运算获得边折叠的二次误差值，其中所述运算公式为：
式中：
x、y、z为三角面边的中点坐标值；
a、b、c、d代表该边所属平面ax+by+cz+d＝0的平面方程各项系数；
E代表边折叠的二次误差值；
对折叠权重值进行运算：依据运算获得的边折叠的二次误差值计算边折叠权重值；其中所述运算公式为：
式中：
E代表边折叠的二次误差值；
P代表边折叠权重值；
根据权重值执行边折叠：根据边折叠权重值对每个三角面边的折叠顺序进行重新排序并折叠生成重组后的三角面；
对纹理坐标进行重新分配：对重组后的三角面进行纹理坐标进行更新配置。
5.根据权利要求2所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述对三角面进行筛选并删除的步骤为：
筛选内角小于极值的三角面：利用三角函数余弦公式和通过重组后的三角面顶点坐标运算出各个内角，筛选出内角小于极值的三角面；
筛选最短边投影像素值小于1的三角面：利用三角函数余弦公式运算得到已筛选出内角小于极值的三角面的最短边的边长，运算获得投影至场景平面的像素值小于1的三角面；其中所述运算公式为：
式中：
e代表最短边的边长；
Pedge代表最短边投影至场景平面的像素值；
hsc代表场景所处的屏幕高度；
fovy代表场景中视椎体的纵向夹角
对筛选结果进行删除：对筛选获得的三角面进行删除。
6.根据权利要求2所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述计算三角点聚合阈值的具体步骤为：
计算模型包围盒半径：根据瓦片中模型坐标的最大值与模型坐标的最小值运算瓦片包围盒半径；其中所述运算公式为：
式中：
R代表运算得到的包围盒半径；
xmin、ymin、zmin代表瓦片中模型顶点坐标值中的最小值；
xmax、ymax、zmax代表瓦片中模型顶点坐标值中的最大值；
根据半径计算聚合阈值：根据得到的瓦片包围盒半径运算获得瓦片聚合阈值。其中所述运算公式为：
式中：
T代表运算获得的瓦片聚合阈值；
R代表包围盒半径；
n代表简化程度。
7.根据权利要求1所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述多尺度纹理简化的具体步骤为；
对纹理简化尺度系数进行运算：提取瓦片模型纹理图片对应的三角面集合，计算每个纹理图片对应的三角面面积值总和，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算，进一步根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，同时生成纹理简化信息字典；
依据纹理简化系数对各个纹理进行简化：遍历单一瓦片模型的纹理图片，通过纹理简化信息字典对各个纹理图片进行多尺度的简化。
8.根据权利要求7所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述对纹理简化尺度系数进行运算的具体步骤为：
提取纹理使用三角面集合：提取瓦片中模型的纹理图片，筛选出各个纹理图片对应的三角面，得到各个纹理图片使用的三角面集合；
对三角面集合分段统计，生成纹理简化信息字典：将各个纹理图片使用的三角面集合面积值加和(公式1)，将运算获得的面积值总和进行分段统计运算(公式2)，根据分段统计结果运算对应纹理简化系数，生成纹理简化信息字典(公式3)。
其中所述加和运算公式1为：
式中：
Sp代表每个纹理图片对应的三角面集合面积值总和；
Si代表每个纹理图片对应的各个三角面集合的面积值；
其中所述运算公式2为；
式中：
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计运算结果；
Sj和
分别代表第j个纹理图片和所有纹理图片对应的三角面集合面积值的总和；
其中所述运算公式3为；
式中：
rj代表第j个纹理图片对应的纹理简化系数；
Proj代表第j个纹理图片对应的三角面集合面积值总和的分段统计结果。
9.根据权利要求1所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述基于规则模板进行合并的具体步骤为：
获取模型纹理层数信息：读取瓦片模型的材质信息，从材质信息中获取纹理层数信息；
对纹理进行分组：根据纹理层数信息生成与之相互对应数量的纹理合并模板，将瓦片模型中包含的纹理图片按照纹理层数进行分组，获得多个不同层级的纹理组群；
分配各组内的纹理至模板窗口：遍历各层级纹理组群，将各个纹理组群中的纹理图片分配至对应模板窗口中指定的位置中；
计算纹理还原信息：根据各个纹理图片在模板窗口中指定的位置生成纹理还原信息；
绑定纹理还原信息至模型坐标：将生成的纹理还原信息绑定至模型的纹理坐标中；
根据模板生成新纹理：将各个模板窗口进行融合，使每个模板窗口生成一张新的纹理图片，并将新生成的纹理图片、新生成的纹理图片和原纹理图片的映射关系均进行保存；
替换模型纹理：依据新生成的纹理图片与原纹理图片的映射关系对瓦片模型材质信息中的纹理信息进行更新，去除原纹理图片，获得替换后的模型纹理。
10.根据权利要求3所述的一种空间数据模型切片的多级简化方法，其特征在于：所述指定范围内的可视距离为：1cm至5000m之间。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|---|---|
| CN202211494817.XA CN115861558A (zh) | 2022-11-26 | 2022-11-26 | 一种空间数据模型切片的多级简化方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202211494817.XA Pending CN115861558A (zh) | 2022-11-26 | 2022-11-26 | 一种空间数据模型切片的多级简化方法 |
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| WO2024108974A1 (zh) * | 2022-11-26 | 2024-05-30 | 星际空间（天津）科技发展有限公司 | 一种空间数据模型切片的多级简化方法 |
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| CN115861558A (zh) * | 2022-11-26 | 2023-03-28 | 星际空间（天津）科技发展有限公司 | 一种空间数据模型切片的多级简化方法 |
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2022
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2023
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|---|---|---|---|---|
| WO2024108974A1 (zh) * | 2022-11-26 | 2024-05-30 | 星际空间（天津）科技发展有限公司 | 一种空间数据模型切片的多级简化方法 |
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| WO2024108974A1 (zh) | 2024-05-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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