CN116186189B - 一种快速生成高程实景地图模型的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速生成高程实景地图模型的方法及系统，在2D地图上选定建模的目标范围；调节地图的瓦片等级和瓦片数量，对目标范围内的地图划分出的瓦片图计算得到瓦片图编号，并获取彩色高程图和影像图；将每张彩色高程图细分成网格进行采样，获得每个网格像素点的rgb值；建立rgb值与网格像素点高程间的映射，得到网格面采样的高程点集，将从每张彩色高程图得到的网格面采样的高程点集连接成四边形网格面；对四边形网格面使用相应瓦片图对应的影像图进行3D贴图，得到整个目标范围的网格模型。本发明解决了现有地形建模中数据获取步骤繁琐，数据转换复杂，软件学习成本高，工作流效率低，周期长的问题。

Description

一种快速生成高程实景地图模型的方法及系统

技术领域

本发明涉及三维建模技术领域，尤其涉及一种快速生成高程实景地图模型的方法及系统。

背景技术

在建筑业信息化发展的必然趋势下，数据量高速增长，对于数据间的流动和互通的需求也更加迫切。以往借助地理信息系统（Geographic Information System, GIS）解析的数字高程地图（Digital Elevation Model，DEM）获取三维地形的方式具有较高的准确性，是建筑规划设计工作流中的重要部分。但是，目前获取的地理信息数据格式兼容性受限，所获取的地形数据需要在多个平台经历多次转换，甚至无法兼容，多种规划软件对于建筑设计人员来说学习成本较高，而现有的建筑设计工作流中所具备的地形生成功能，对于地形数据的处理存在着建模速度慢，与实际地形存在误差，无法快速高效进行反馈等问题。综上所述，现有依托GIS的工作流与建筑设计工作流无法很好地进行结合，造成冗余工作量。

在地形信息获取方面，传统的地形数据获取方式需要通过多个软件或网站进行抓取，所获取的地形数据复杂且庞大，所获取的源数据类型有矢量数据和栅格数据，需要手动导入软件对于数据中的干扰信息进行删减，调整位置等处理。并且，不同数据信息在不同软件之间的储存，传递和格式方面均有所不同，由GIS软件所生成的数据无法被建筑设计软件直接读取和应用，传统的方法处理地形数据需要大量的时间和人力，靠人工转换存在误差，并且效率很低，导致工作流繁琐复杂。

而且，专业的GIS工作软件学习成本较高，现有的大数据软件涉及应用范围广泛，但是现有的GIS工作流分配在建筑设计的需求上的层面很少甚至没有，造成了此类软件无法适配建筑设计的流程逻辑，难以在建筑设计的工作流中使用，在建筑设计周期紧张的条件下，造成了高成本，低效率的问题。因此，探索一种成本低、适应性强的快速精细建模方法具有重要的现实意义。

发明内容

（一）要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供一种快速生成高程实景地图模型的方法及系统，解决现有地形建模中数据获取步骤繁琐，数据转换复杂，接触新软件造成的建筑设计人员学习成本高，工作量大，导致整体工作流效率低，周期长，以及地形模型无法批量制作，实时修改，无法高效反馈的问题。

（二）技术方案

基于上述的技术问题，本发明提供一种快速生成高程实景地图模型的方法，包括以下步骤：

S1、在2D地图上选定建模的目标范围；

S2、调节地图的瓦片等级和瓦片数量，将目标范围内的地图划分成指定数量的瓦片图，计算出所述目标范围内的瓦片图编号；

S3、根据所述瓦片图获取相应编号的反映高程信息的彩色高程图和反映图像信息的影像图；

S4、设置网格采样精度，将每张所述彩色高程图进行采样，获得每个网格像素点的rgb值；

S5、通过数据转换，建立所述rgb值与网格像素点高程间的映射，得到网格面采样的高程点集，将从每张彩色高程图得到的所述网格面采样的高程点集连接成四边形网格面；

S6、对所述四边形网格面使用相应瓦片图对应的所述影像图进行3D贴图，得到整个目标范围的网格模型。

进一步的，所述步骤S1包括：

S11、在所述2D地图中查找所需生成模型的场地位置，获得经纬度信息；

S12、选定定点的位置后，以定点为中心，进一步选定目标范围。

进一步的，所述查找所需生成模型的场地位置，通过搜索地点关键词查找。

进一步的，步骤S2中，所述瓦片等级的数值范围为2~18。

进一步的，步骤S2中，所述瓦片数量的数值范围为2~20。

进一步的，步骤S4中，所述采样精度通过网格数量来表示，所述网格数量范围为10~512。

进一步的，步骤S5中，所述rgb值中的r值、g值和b值与高度信息存在相应的映射关系：

高度 = -10000 + ((r * 256 * 256 + g * 256 + b) * 0.1)。

进一步的，所述步骤S6包括：

S61、将每张彩色高程图对应的所述四边形网格面与对应编号的所述影像图拼合，得到每张彩色高程图对应的网格模型；

S62、将所述每张彩色高程图对应的网格模型拼合得到整个目标范围的网格模型。

进一步的，所述影像图为开源影像图或开源在线地图，包括遥感卫星影像图或在线地图。

本发明也公开了一种快速生成高程实景地图模型的系统，包括：

至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行所述的快速生成高程实景地图模型的方法。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

（1）本发明直接从2D地图中提取高程信息得到彩色高程图，通过像素点的rgb值转换成四边形网格面的高度，再将四边形网格面与所述目标范围对应的影像图贴图拼合，实现精确地形模型的快速、便捷构建；直接从2D地图中提取高程信息，提高了数据获取效率，降低了数据获取成本，避免了地形数据与建筑设计平台之间不兼容，多软件多数据传输复杂且繁琐的问题，适用性更广泛；由具有不同瓦片位置信息的四边形网格面与对应的影像图贴图拼合，提高了建模效率，且不易出错，准确度相较人工建模更高；

（2）本发明的rgb值中的r值、g值和b值与高度信息存在相应的映射关系，能更直观化显示地形高程数据，以便设计人员合理运用高程信息；

（3）本发明较好地融入建筑设计工作流，基于现有的建筑工作流，论证了常用三维建模平台融合二维数据和三维建模的可行性，实现了建筑专业与地形数据平台的互通，提高了地形数据的准确性和地形数据表达的有效性，减轻了建筑设计师对地形数据进行检查与核对的压力，减少了人工参与建模的工作量；

（4）本发明支持自定义构建地形模型的目标范围，能根据目标范围的大小自定义设置瓦片等级、瓦片数量和采样精度，使得与目标范围大小适配的精确地形模型的获取更便捷，支持批量制作和实时修改，优化了原本繁琐的工作流程，快速反馈所需地形模型，提高设计效率；

（5）本发明的地形建模方法能根据任意开源图像或开源在线地图构建，适用范围更广、更灵活；

（6）本发明所述方法能在现有常用的三维建模平台内置插件实现，只需要在安装有三维建模平台的电脑上安装插件，对机器、系统、运行环境要求很低，维护方便，支持用户一键操作，输入界面简洁易懂，仅需要简单的学习便可轻松上手，降低了建筑设计师学习新软件的成本。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例的快速生成高程实景地图模型的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的生成彩色高程图的示意图；

图3为本发明实施例的生成地形网格的示意图；

图4为本发明实施例的插件界面示意图；

图中：201：插件界面；202：浏览界面；203：目标范围；204：地图设置窗口；205：地图精度；206：地图维度；207：瓦片等级；208：瓦片数量；209：搜索；210：定点；211：模型设置窗口；212：模型精度；213：存放位置；214：贴图类型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例一公开了一种快速生成高程实景地图模型的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、在2D地图上选定建模的目标范围：

S11、通过搜索地点关键词在所述2D地图中查找所需生成模型的场地位置，获得经纬度信息；

S12、选定定点210的位置后，以定点210为中心，进一步选定目标范围203。

S2、调节地图的瓦片等级和瓦片数量，将目标范围内的地图划分成指定数量的瓦片图，计算出所述目标范围内的瓦片图编号；

调节地图的瓦片等级207和瓦片数量208，能改变目标范围内地图的高程信息的精度。瓦片等级的数值范围为2~18，数值越大，地图的高程信息精度越高，单片瓦片越小，生成模型的三维数据越准确。瓦片数量的数值范围为2~20，数值越大，目标范围203的尺寸越大，以定点210为中心生成地图模型的范围越大。通过目标范围计算出瓦片地图系统目标范围内的瓦片图编号，所述瓦片图编号符合WMTS网络地图瓦片服务、TMS瓦片地图服务等相应编号规范。

本实施例中，选择的瓦片等级为10，瓦片数量为10，得到10*10=100张瓦片图，每张瓦片图具有512*512个像素单位。

S3、根据所述瓦片图获取相应编号的反映高程信息的彩色高程图和反映图像信息的影像图；

所述彩色高程图包含高程信息，但彩色高程图的色彩仅能反应出高程差别，无法直观读取得到高程数值。

所述影像图为任意开源影像图或开源在线地图，包括遥感卫星影像图或在线地图等，影像图来源更广泛，适用范围更广泛。

所述彩色高程图和影像图均具有雨瓦片图编号相应的编号，以便在后续步骤的处理。

步骤S2-S3生成彩色高程图的过程如图2所示。

S4、设置网格采样精度，将每张所述彩色高程图进行采样，获得每个网格像素点的rgb值；

将每张所述彩色高程图细分成网格，采样精度越高，即系统自瓦片图读取的像素点越多，生成的网格模型所包含的顶点越多，精度越大；所述采样精度可通过网格划分密度即网格数量来体现。网格数量范围为10~512，数值越大，对高程图的采样点就越多，所生成的网格精度越高。网格模型尺寸仅与瓦片图的等级和瓦片图的数量有关，与网格精度无关。

S5、通过数据转换，建立所述rgb值与网格像素点高程间的映射，得到网格面采样的高程点集，将从每张彩色高程图得到的所述网格面采样的高程点集连接成四边形网格面；

所述rgb值中的r值、g值和b值与高度信息存在相应的映射关系：

高度 = -10000 + ((r * 256 * 256 + g * 256 + b) * 0.1)；

通过rgb值使得高度信息更直观化显示，以便设计人员合理运用高程信息。

步骤S4-S5生成地形网格的过程如图3所示。

S6、对所述四边形网格面使用相应瓦片图对应的所述影像图进行3D贴图，得到整个目标范围的网格模型，具体包括：

S61、将每张彩色高程图对应的所述四边形网格面与对应编号的所述影像图拼合，得到每张彩色高程图对应的网格模型；

S62、将所述每张彩色高程图对应的网格模型拼合得到整个目标范围的网格模型。

先得到每张彩色高程图对应的网格模型，再将每个网格模型拼合得到整个目标范围的网格模型。

本发明实施例二为一种快速生成高程实景地图模型的系统，通过python语言，基于常用的三维建模平台比如rhino制作插件，使得运行实施例一所述方法，具有能够自动获取2D地图中指定区域的地形数据，将建筑设计师所选定范围内的高程色彩图对应的像素RGB值转换为地形高度数据，其中，抓取地形数据的过程由代码完成，建筑设计师仅需手动框选所需生成地形的范围，输入参数调整精度。插件内置于rhino平台中，获取规范的地形数据后，便可直接在其中生成3D地形模型，极大的减少了操作步骤，简化了工作流程。rhino作为常用的建筑设计平台，使本插件能够完美的融入现有的建筑设计工作流，且界面简单，操作直观，插件对于地形生成的反馈快速，使用者可以更加容易直观的了解分析结果。地形生成的范围和精度支持用户自定义定制，不仅能够满足建筑的精细，复杂，自动化建模需求，免去了复杂的测绘和反复的数据转换过程，并且为设计工作中制作，分析，改造场地提供了极大的便利。更加提高了建筑设计师对于场地数据分析的工作效率。

插件界面201如图4所示，现有2D地图应用的浏览界面202，用户可改变地图观测范围、对所选区域进行缩放、提供导航功能、标识位置；具有地图设置窗口204和模型设置窗口211。

地图设置窗口204中显示地图设置的信息，用于设置所转换地图的经纬度和精度，包括地图精度205、地图维度206、瓦片等级207、瓦片数量208和搜索209，地图精度205、地图维度206分别显示定点210的经度、纬度，可通过框内输入或于浏览界面202中点击更改定点210的位置改变经纬度值，该值与110的位置同步变换；瓦片等级207可调节地图的瓦片等级，数值范围2~18，数值越大，地图信息精度越高，单片瓦片越小，生成模型的三维数据越准确；瓦片数量208可调节所选区域的瓦片数量，数值范围2~20，数值越大，203尺寸越大，以定点210为中心生成地图模型的范围越大；搜索209提供地理位置搜索功能，在现有2D地图应用的数据范围内，可通过输入关键字，迅速跳转至2D地图相应位置或相应范围。

模型设置窗口211用于设置所生成模型的参数和储存位置；其中，模型精度212可调节模型的网格精度，即采样精度，数值范围10~512，数值越大，对高程图的采样数越多，模型网格尺寸越小，精度越高；存放位置213用于设置目标范围203范围内地图的贴图文件、高程图的存放位置；贴图类型214可设置网格的材质贴图，可选彩色高程图，或卫星2D地图贴图。

上述的方法可以转换为软件程序指令，既可以使用包括处理器和存储器的系统来运行实现，也可以通过非暂态计算机可读存储介质中存储的计算机指令来实现。上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上可知，通过上述的一种快速生成高程实景地图模型的方法及系统，具有以下有益效果：

（1）本发明直接从2D地图中提取高程信息得到彩色高程图，通过像素点的rgb值转换成四边形网格面的高度，再将四边形网格面与所述目标范围对应的影像图贴图拼合，实现精确地形模型的快速、便捷构建；直接从2D地图中提取高程信息，提高了数据获取效率，降低了数据获取成本，避免了地形数据与建筑设计平台之间不兼容，多软件多数据传输复杂且繁琐的问题，适用性更广泛；由具有不同瓦片位置信息的四边形网格面与对应的影像图贴图拼合，提高了建模效率，且不易出错，准确度相较人工建模更高；

（2）本发明的rgb值中的r值、g值和b值与高度信息存在相应的映射关系，能更直观化显示地形高程数据，以便设计人员合理运用高程信息；

（3）本发明较好地融入建筑设计工作流，基于现有的建筑工作流，论证了常用三维建模平台融合二维数据和三维建模的可行性，实现了建筑专业与地形数据平台的互通，提高了地形数据的准确性和地形数据表达的有效性，减轻了建筑设计师对地形数据进行检查与核对的压力，减少了人工参与建模的工作量；

（4）本发明支持自定义构建地形模型的目标范围，能根据目标范围的大小自定义设置瓦片等级、瓦片数量和采样精度，使得与目标范围大小适配的精确地形模型的获取更便捷，支持批量制作和实时修改，优化了原本繁琐的工作流程，快速反馈所需地形模型，提高设计效率；

（5）本发明的地形建模方法能根据任意开源图像或开源在线地图构建，适用范围更广、更灵活；

（6）本发明所述方法能在现有常用的三维建模平台内置插件实现，只需要在安装有三维建模平台的电脑上安装插件，对机器、系统、运行环境要求很低，维护方便，支持用户一键操作，输入界面简洁易懂，仅需要简单的学习便可轻松上手，降低了建筑设计师学习新软件的成本。

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；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在2D地图上选定建模的目标范围；

S2、调节地图的瓦片等级和瓦片数量，将目标范围内的地图划分成指定数量的瓦片图，计算出所述目标范围内的瓦片图编号；

S3、根据所述瓦片图获取相应编号的反映高程信息的彩色高程图和反映图像信息的影像图；

S4、设置网格采样精度，将每张所述彩色高程图进行采样，获得每个网格像素点的rgb值；

S5、通过数据转换，建立所述rgb值与网格像素点高程间的映射，得到网格面采样的高程点集，将从每张彩色高程图得到的所述网格面采样的高程点集连接成四边形网格面；

S6、对所述四边形网格面使用相应瓦片图对应的所述影像图进行3D贴图，得到整个目标范围的网格模型。

2.根据权利要求1所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、在所述2D地图中查找所需生成模型的场地位置，获得经纬度信息；

S12、选定定点的位置后，以定点为中心，进一步选定目标范围。

3.根据权利要求2所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，所述查找所需生成模型的场地位置，通过搜索地点关键词查找。

4.根据权利要求1所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，步骤S2中，所述瓦片等级的数值范围为2~18。

5.根据权利要求1所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，步骤S2中，所述瓦片数量的数值范围为2~20。

6.根据权利要求1所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，步骤S4中，所述采样精度通过网格数量来表示，所述网格数量范围为10~512。

7.根据权利要求1所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，步骤S5中，所述rgb值中的r值、g值和b值与高度信息存在相应的映射关系：

高度 = -10000 + ((r * 256 * 256 + g * 256 + b) * 0.1)。

8.根据权利要求1所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

S61、将每张彩色高程图对应的所述四边形网格面与对应编号的所述影像图拼合，得到每张彩色高程图对应的网格模型；

S62、将所述每张彩色高程图对应的网格模型拼合得到整个目标范围的网格模型。

9.根据权利要求1所述的快速生成高程实景地图模型的方法，其特征在于，所述影像图为开源影像图或开源在线地图，包括遥感卫星影像图或在线地图。

10.一种快速生成高程实景地图模型的系统，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1-9任一项所述的快速生成高程实景地图模型的方法。

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