CN116363327A - 体素地图生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种体素地图生成方法及系统，用以解决三维地图加载速率较低的技术问题。其中，一种体素地图生成方案，通过对原始地图矢量数据进行体素块重建，减少了原始地图模型中的冗余点，也即减少了模型信息的载负量，提高了地图加载速率。并进一步重建聚合体素地图，以建立金字塔坐标体系，避免在体素地图层级切换时出现三维地图加载卡顿或者加载失败。

Description

体素地图生成方法及系统

技术领域

本申请涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种体素地图生成方法及系统。

背景技术

地图是根据一定的数学法则，将自然地理的自然现象通过符号缩绘在平面上的图形。电子地图则是以地图数据库为基础，在适当尺寸的屏幕上按照一定比例显示的地图。三维地图是以三维电子地图数据库为基础，按照一定比例对现实世界或其中一部分的进行三维模型的描述，其形象性、功能性远强于二维电子地图。

在实现现有技术的过程中，发明人发现：

三维地图通常运用网络拓扑技术、数据库管理系统对地物的坐标进行数学建模，并且基于GIS系统处理、WEB技术、计算机图形学、三维仿真技术和虚拟现实技术反映地物的形状、大小等属性信息。

由于三维模型占用较多的系统资源，在计算机性能还没有大幅提高之前，仍要考虑信息的载负量与系统资源间的平衡。举例来说，在地图比例尺切换时，经常出现三维地图加载卡顿或者加载失败。

因此，需要提供一种新的体素地图生成方案，用以解决三维地图加载速率较低的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种新的体素地图生成方案，用以解决三维地图加载速率较低的技术问题。

具体的，一种体素地图生成方法，包括以下步骤：

获取包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系；

以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间；

确定球体墨卡托直角平面坐标系中的任意实体对象作为重建对象；

确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数；

根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块；

根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象；

根据待重建对象的坐标维度参数，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象，生成基础体素地图。

进一步的，所述方法还包括：

以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间；

确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息；

根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象；

更新基础体素地图为聚合体素地图。

进一步的，所述方法还包括：

建立第一层级与基础体素地图的关联关系，作为第一加载索引；

存储第一加载索引与基础体素地图；

建立第二层级与聚合体素地图的关联关系，作为第二加载索引；

存储第二加载索引与聚合体素地图。

进一步的，所述方法还包括：

根据用户的操作指令，确定操作指令中对应第一层级的第一加载索引或对应第二层级的第二加载索引；

根据第一加载索引，加载基础体素地图；

或根据第二加载索引，加载聚合体素地图。

进一步的，所述基础体素块或所述聚合体素块被配置为具有唯一标识符。

本申请实施例还提供一种体素地图生成系统。

具体的，一种体素地图生成系统，包括：

获取模块，用于获取包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系；

组建模块，用于以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间；还用于确定球体墨卡托直角平面坐标系中的任意实体对象作为重建对象；还用于确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数；还用于根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块；还用于根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象；还用于根据待重建对象的坐标维度参数，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象，生成基础体素地图。

进一步的，所述组建模块还用于：

以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间；

确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息；

根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象；

更新基础体素地图为聚合体素地图。

进一步的，所述系统还包括存储模块，用于：

建立第一层级与基础体素地图的关联关系，作为第一加载索引；

存储第一加载索引与基础体素地图；

建立第二层级与聚合体素地图的关联关系，作为第二加载索引；

存储第二加载索引与聚合体素地图。

进一步的，所述系统还包括加载模块，用于：

根据用户的操作指令，匹配第一加载索引或第二加载索引；

根据第一加载索引，加载基础体素地图；

或根据第二加载索引，加载聚合体素地图。

进一步的，所述基础体素块或所述聚合体素块被配置为具有唯一标识符。

本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：

通过对原始地图矢量数据进行体素块重建，减少了原始地图模型中的冗余点，也即减少了模型信息的载负量，提高了地图加载速率。并进一步重建聚合体素地图，以建立金字塔坐标体系，避免在体素地图层级切换时出现三维地图加载卡顿或者加载失败。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种体素地图生成方法的流程框图；

图2为本申请实施例提供的一种基础体素地图的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种聚合体素地图的示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种聚合体素地图的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种金字塔坐标体系的示意图；

图6为本申请实施例提供的一种体素地图生成系统的结构示意图。

图中附图标记表示为：

100 体素地图生成系统

11 获取模块

12 组建模块

13 存储模块

14 加载模块。

实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，为解决三维地图加载速率较低的技术问题，本申请提供一种体素地图生成方法，包括以下步骤：

S110：获取包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系。

可以理解的是，所述球体墨卡托直角平面坐标系是将地球球面模拟为球体投影至平面建立的坐标系，该坐标系中以赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东向北为正，向西向南为负，以米为基本单位。需要指出的是，由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，其表面是一个不可展平的曲面，所以运用任何数学方法进行这种转换都会产生误差和变形，为按照不同的需求缩小误差，就产生了各种投影方法。本申请优选采用球体墨卡托直角平面坐标系实现地球投影，以便支持仿真 Web服务。

所述实体对象在具体的应用场景中表现为地表对象或地物对象。所述地表对象表征地理环境，在具体的应用场景中表现为岩石地表、沙质地表、泥质地表、土壤地表、水体地表。所述地物对象表征相对地表对象固定的物体，在具体的应用场景中表现为建筑物、植物等。

进一步的，所述包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系在具体的应用场景中可以是地图矢量数据。

S120：以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间。

可以理解的是，所述体素块可以理解为是表征体积元素的立方体，也即所述体素块可以代表一个三维网格中的空间体积。优选的，所述第一规格的体素块表现为256*256*256体素范围的立方体。

以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间，在具体的应用场景中表现为：

以第一规格的体素块作为基本空间单位，根据基本空间单位与现实尺寸的转换关系，划分球体墨卡托直角平面坐标系，得到由若干第一规格的体素块构成的重建体素空间。

当然，优选的，所述第一规格的体素块有体积但无语义，也就是说，所述第一规格的体素块可以是一种用于占位的空体素块。由于重建体素空间的基本单位为第一规格的体素块，受体素块影响，所述重建体素空间表现为立方体空间。此外，在所述球体墨卡托直角平面坐标系表征地球投影、所述重建体素空间与所述球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的基础上，所述重建体素空间也表征地球投影。

S130：确定球体墨卡托直角平面坐标系中的任意实体对象作为重建对象。

S140：确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数。

S150：根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块。

S160：根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象。

可以理解的是，所述实体对象在具体的应用场景中具有轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数等属性参数。

以所述实体对象表现为地表对象为例：地表对象具有轮廓维度参数，表征地貌、占地面积。地表对象具有语义维度参数，表征地表类型，例如岩石地表、沙质地表、泥质地表、土壤地表、水体地表等。地表对象具有坐标维度参数，表征地表于现实世界的位置。

以所述实体对象表现为地物对象为例：地物对象具有轮廓维度参数，表征建筑外观、建筑占地面积、植物外观、植被占地面积。地物对象具有语义维度参数，表征建筑类型，例如草坪、行道树、工业建筑、住宅建筑、办公建筑、医疗建筑、商业建筑等。地物对象具有坐标维度参数，表征地物于现实世界的位置。

在建立与所述球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间后，可在所述重建体素空间重建实体对象。

下面介绍实体对象的重建过程：

在对应球体墨卡托直角平面坐标系的地图矢量数据中，确定对应任意实体对象的矢量数据，作为重建对象的属性集合。

根据对应任意实体对象的矢量数据，即可确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数。

之后根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块。根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象。

以所述实体对象表现为地表对象为例，在确定地表对象的语义维度参数表征土壤地表后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征土壤地表的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征土壤地表的基础体素块表现为256*256*256体素范围的黄色立方体。

在确定地表对象的轮廓维度参数后，根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地表对象的占地面积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。再以语义维度参数表征土壤地表的基础体素块，以地表对象的轮廓为边界，向内填充空体素块（也即上文所述第一规格的体素块），最终生成对应土壤地表的体素对象。

同样的，在确定地表对象的语义维度参数表征水体地表后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征水体地表的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征土壤地表的基础体素块表现为256*256*256体素范围的蓝色立方体。在确定地表对象的轮廓维度参数后，根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地表对象的占地面积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。再以语义维度参数表征水体地表的基础体素块，以地表对象的轮廓为边界，向内填充空体素块，最终生成对应水体地表的体素对象。

以所述实体对象表现为地物对象为例，在确定地物对象的语义维度参数表征建筑后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征建筑的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征建筑的基础体素块表现为256*256*256体素范围的灰色立方体。

在确定地物对象的轮廓维度参数后，根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地物对象的占地面积、体积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。再以语义维度参数表征建筑的基础体素块，以地物对象的轮廓为边界，向内填充空体素块，最终生成对应建筑的体素对象。

同样的，在确定地物对象的语义维度参数表征植物后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征植物的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征植物的基础体素块表现为256*256*256体素范围的绿色立方体。在确定地物对象的轮廓维度参数后，根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地物对象的占地面积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。再以语义维度参数表征植物的基础体素块，以地物对象的轮廓为边界，向内填充空体素块，最终生成对应植物的体素对象。

S170：根据待重建对象的坐标维度参数，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象，生成基础体素地图。

请参照图2，在生成对应重建对象的实体体素对象后，可根据重建对象的坐标维度参数、重建体素空间与所述球体墨卡托直角平面坐标系的映射关系，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象。

例如，将对应土壤地表的体素对象、对应水体地表的体素对象等体素对象根据坐标维度参数放置在重建体素空间后，即可得到表征地球球体表面海洋、陆地的分布情况。再将对应植物的体素对象、对应建筑的体素对象等体素对象根据坐标维度参数放置在重建体素空间后，即可得到基础体素地图。

由于基础体素地图是由若干基础体素块构成，这样大幅减少了原始地图矢量数据中的冗余点，也即减少了模型信息的载负量，提高了地图加载速率。

进一步的，在本申请提供的一种具体实施方式中，所述体素地图生成方法还包括：

以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间；

确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息；

根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象；

更新基础体素地图为聚合体素地图。

考虑到用户在地图的日常使用是有不同的关注需求，例如有时需要看宏观的地图信息（如世界地图里每个国家的版图），有时需要看很微观的地图信息（如建筑、道路的信息）。为便于不同使用需求，地图需要不同程度的缩放显示。为此，本申请所述体素地图生成方法还以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间。在本申请提供的一种优选实施方式中，所述倍数关系为八倍。也就是说，所述第一规格的体素块表现为256*256*256体素范围的立方体，所述第二规格的体素块表现为512*512*512体素范围的立方体。换句话说，第二规格的体素块可平均划分出8个第一规格的体素块，聚合空间单位可平均划分出8个基本空间单位。

进一步的，第二规格的体素块可以看成是根节点，而第一规格的体素块可以看作是“子节点”。于是，每次由聚合空间单位切换为基本空间单位时，地图的体积就能扩大八倍。每次由基本空间单位切换为聚合空间单位时，地图的体积就能缩小八倍。这样，在聚合空间单位的视角下，可以适当缩小模型分辨率，从而进一步降低模型信息的载负量，提高三维地图加载速率。

具体的，请参照图3，在根据聚合空间单位划分重建体素空间后，基于基础体素地图，可确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息。之后根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象。

进一步的，所述根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以满足预设替换策略的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象。所述预设替换策略表现为，除空体素块外，确定占比最高的基础体素块对应语义的聚合体素块。

例如，在聚合空间单位内基础体素块的占比信息为2/8是土壤（黄色）基础体素块，1/8是水体（蓝色）基础体素块，5/8是建筑（灰色）基础体素块。此时，可根据基础体素块的占比信息，在预设聚合体素块库中以建筑（灰色）聚合体素块替换聚合空间单位内的所有基础体素块，生成聚合体素对象。此时聚合体素对象表征对应建筑的聚合体素对象。以此类推，则可更新基础体素地图为聚合体素地图。

由于聚合体素地图是由若干聚合体素块构成，这样进一步缩小了基础体素块的分辨率，从而进一步降低了模型信息的载负量，提高了三维地图加载速率。

进一步的，所述基础体素地图与所述聚合体素地图具有关联关系，所述聚合体素地图还能继续聚合更新。请参照图4-5，本申请将基础体素地图与后续的聚合体素地图以分辨率梯次排列，则可形成金字塔坐标体系。由顶层往底层，每层级间的分辨率逐步提高，信息量也逐渐增加。下一层级的体素是上一层级的8倍。

进一步的，为便于对所述基础体素地图或所述聚合体素地图进行编辑、更新，所述基础体素块或所述聚合体素块被配置为具有唯一标识符。

为避免在体素地图层级切换时出现三维地图加载卡顿或者加载失败，本申请所提供的体素地图生成方法还包括：

建立第一层级与基础体素地图的关联关系，作为第一加载索引；

存储第一加载索引与基础体素地图；

建立第二层级与聚合体素地图的关联关系，作为第二加载索引；

存储第二加载索引与聚合体素地图。

这样以索引排列有序存储，能够有效减小随机内存访问，提高数据运算效率。同时数据有序存储和降采样，也可以处理数量级较大的地图数据。

进一步的，所述本申请所提供的体素地图生成方法还包括：

根据用户的操作指令，确定操作指令中对应第一层级的第一加载索引或对应第二层级的第二加载索引；

根据第一加载索引，加载基础体素地图；

或根据第二加载索引，加载聚合体素地图。

可以理解的是，所述根据用户的操作指令在具体的应用场景中可以表现为切换比例尺或层级。所述比例尺表示图上一条线段的长度与地面相应线段的实际长度之比。地图比例尺越大误差越小，图上测量精度越高。大比例尺地图，内容详细，几何精度高。

综上所述，本申请提供的体素地图生成方法，通过对原始地图矢量数据进行体素块重建，减少了原始地图模型中的冗余点，也即减少了模型信息的载负量，提高了地图加载速率。并进一步重建聚合体素地图，以建立金字塔坐标体系，避免在体素地图层级切换时出现三维地图加载卡顿或者加载失败。

请参照图6，为支持体素地图生成方法，本申请还提供一种体素地图生成系统100，包括：

获取模块11，用于获取包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系；

组建模块12，用于以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间；还用于确定球体墨卡托直角平面坐标系中的任意实体对象作为重建对象；还用于确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数；还用于根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块；还用于根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象；还用于根据待重建对象的坐标维度参数，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象，生成基础体素地图。

可以理解的是，所述球体墨卡托直角平面坐标系是将地球球面模拟为球体投影至平面建立的坐标系，该坐标系中以赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东向北为正，向西向南为负，以米为基本单位。需要指出的是，由于地球是一个赤道略宽两极略扁的不规则的梨形球体，其表面是一个不可展平的曲面，所以运用任何数学方法进行这种转换都会产生误差和变形，为按照不同的需求缩小误差，就产生了各种投影方法。本申请优选采用球体墨卡托直角平面坐标系实现地球投影，以便支持仿真 Web服务。

所述实体对象在具体的应用场景中表现为地表对象或地物对象。所述地表对象表征地理环境，在具体的应用场景中表现为岩石地表、沙质地表、泥质地表、土壤地表、水体地表。所述地物对象表征相对地表对象固定的物体，在具体的应用场景中表现为建筑物、植物等。

进一步的，所述获取模块11获取包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系在具体的应用场景中可以是获取地图矢量数据。

组建模块12以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间。

可以理解的是，所述体素块可以理解为是表征体积元素的立方体，也即所述体素块可以代表一个三维网格中的空间体积。优选的，所述第一规格的体素块表现为256*256*256体素范围的立方体。

组建模块12以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间，在具体的应用场景中表现为：

以第一规格的体素块作为基本空间单位，根据基本空间单位与现实尺寸的转换关系，划分球体墨卡托直角平面坐标系，得到由若干第一规格的体素块构成的重建体素空间。

当然，优选的，所述第一规格的体素块有体积但无语义，也就是说，所述第一规格的体素块可以是一种用于占位的空体素块。由于重建体素空间的基本单位为第一规格的体素块，受体素块影响，所述重建体素空间表现为立方体空间。此外，在所述球体墨卡托直角平面坐标系表征地球投影、所述重建体素空间与所述球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的基础上，所述重建体素空间也表征地球投影。

组建模块12确定球体墨卡托直角平面坐标系中的任意实体对象作为重建对象。确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数。根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块。根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象。

可以理解的是，所述实体对象在具体的应用场景中具有轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数等属性参数。

以所述实体对象表现为地表对象为例：地表对象具有轮廓维度参数，表征地貌、占地面积。地表对象具有语义维度参数，表征地表类型，例如岩石地表、沙质地表、泥质地表、土壤地表、水体地表等。地表对象具有坐标维度参数，表征地表于现实世界的位置。

以所述实体对象表现为地物对象为例：地物对象具有轮廓维度参数，表征建筑外观、建筑占地面积、植物外观、植被占地面积。地物对象具有语义维度参数，表征建筑类型，例如草坪、行道树、工业建筑、住宅建筑、办公建筑、医疗建筑、商业建筑等。地物对象具有坐标维度参数，表征地物于现实世界的位置。

在建立与所述球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间后，可在所述重建体素空间重建实体对象。

下面介绍组建模块12重建实体对象的过程：

组建模块12在对应球体墨卡托直角平面坐标系的地图矢量数据中，确定对应任意实体对象的矢量数据，作为重建对象的属性集合。组建模块12根据对应任意实体对象的矢量数据，即可确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数。

之后组建模块12根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块。根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象。

以所述实体对象表现为地表对象为例，在组建模块12确定地表对象的语义维度参数表征土壤地表后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征土壤地表的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征土壤地表的基础体素块表现为256*256*256体素范围的黄色立方体。

在确定地表对象的轮廓维度参数后，组建模块12根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地表对象的占地面积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。组建模块12再以语义维度参数表征土壤地表的基础体素块，以地表对象的轮廓为边界，向内填充空体素块（也即上文所述第一规格的体素块），最终生成对应土壤地表的体素对象。

同样的，在组建模块12确定地表对象的语义维度参数表征水体地表后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征水体地表的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征土壤地表的基础体素块表现为256*256*256体素范围的蓝色立方体。在组建模块12确定地表对象的轮廓维度参数后，根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地表对象的占地面积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。组建模块12再以语义维度参数表征水体地表的基础体素块，以地表对象的轮廓为边界，向内填充空体素块，最终生成对应水体地表的体素对象。

以所述实体对象表现为地物对象为例，在组建模块12确定地物对象的语义维度参数表征建筑后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征建筑的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征建筑的基础体素块表现为256*256*256体素范围的灰色立方体。

在组建模块12确定地物对象的轮廓维度参数后，根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地物对象的占地面积、体积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。组建模块12再以语义维度参数表征建筑的基础体素块，以地物对象的轮廓为边界，向内填充空体素块，最终生成对应建筑的体素对象。

同样的，在组建模块12确定地物对象的语义维度参数表征植物后，可以在预设基础体素块库中确定语义维度参数同样表征植物的基础体素块。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述语义维度参数表征植物的基础体素块表现为256*256*256体素范围的绿色立方体。在组建模块12确定地物对象的轮廓维度参数后，根据重建体素空间的基本空间单位与现实尺寸的转换关系，以地物对象的占地面积、基础体素块的体素范围，计算需要的基础体素块个数。再以语义维度参数表征植物的基础体素块，以地物对象的轮廓为边界，向内填充空体素块，最终生成对应植物的体素对象。

组建模块12根据待重建对象的坐标维度参数，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象，生成基础体素地图。

在组建模块12生成对应重建对象的实体体素对象后，可根据重建对象的坐标维度参数、重建体素空间与所述球体墨卡托直角平面坐标系的映射关系，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象。

例如，组建模块12将对应土壤地表的体素对象、对应水体地表的体素对象等体素对象根据坐标维度参数放置在重建体素空间后，即可得到表征地球球体表面海洋、陆地的分布情况。组建模块12再将对应植物的体素对象、对应建筑的体素对象等体素对象根据坐标维度参数放置在重建体素空间后，即可得到基础体素地图。

由于基础体素地图是由若干基础体素块构成，这样大幅减少了原始地图矢量数据中的冗余点，也即减少了模型信息的载负量，提高了地图加载速率。

进一步的，在本申请提供的一种具体实施方式中，所述组建模块12还用于：

以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间；

确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息；

根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象；

更新基础体素地图为聚合体素地图。

考虑到用户在地图的日常使用是有不同的关注需求，例如有时需要看宏观的地图信息（如世界地图里每个国家的版图），有时需要看很微观的地图信息（如建筑、道路的信息）。为便于不同使用需求，地图需要不同程度的缩放显示。为此，所述组建模块12还以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间。在本申请提供的一种优选实施方式中，所述倍数关系为八倍。也就是说，所述第一规格的体素块表现为256*256*256体素范围的立方体，所述第二规格的体素块表现为512*512*512体素范围的立方体。换句话说，第二规格的体素块可平均划分出8个第一规格的体素块，聚合空间单位可平均划分出8个基本空间单位。

进一步的，第二规格的体素块可以看成是根节点，而第一规格的体素块可以看作是“子节点”。于是，每次由聚合空间单位切换为基本空间单位时，地图的体积就能扩大八倍。每次由基本空间单位切换为聚合空间单位时，地图的体积就能缩小八倍。这样，在聚合空间单位的视角下，可以适当缩小模型分辨率，从而进一步降低模型信息的载负量，提高三维地图加载速率。

具体的，在组建模块12根据聚合空间单位划分重建体素空间后，基于基础体素地图，可确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息。之后组建模块12根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象。

进一步的，所述组建模块12根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以满足预设替换策略的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象。所述预设替换策略表现为，除空体素块外，确定占比最高的基础体素块对应语义的聚合体素块。

例如，在聚合空间单位内基础体素块的占比信息为2/8是土壤（黄色）基础体素块，1/8是水体（蓝色）基础体素块，5/8是建筑（灰色）基础体素块。此时，所述组建模块12可根据基础体素块的占比信息，在预设聚合体素块库中以建筑（灰色）聚合体素块替换聚合空间单位内的所有基础体素块，生成聚合体素对象。此时聚合体素对象表征对应建筑的聚合体素对象。以此类推，则可更新基础体素地图为聚合体素地图。

由于聚合体素地图是由若干聚合体素块构成，这样进一步缩小了基础体素块的分辨率，从而进一步降低了模型信息的载负量，提高了三维地图加载速率。

进一步的，所述基础体素地图与所述聚合体素地图具有关联关系，所述聚合体素地图还能继续聚合更新。本申请将基础体素地图与后续的聚合体素地图以分辨率梯次排列，则可形成金字塔坐标体系。由顶层往底层，每层级间的分辨率逐步提高，信息量也逐渐增加。下一层级的体素是上一层级的8倍。

进一步的，为便于对所述基础体素地图或所述聚合体素地图进行编辑、更新，所述基础体素块或所述聚合体素块被配置为具有唯一标识符。

为避免在体素地图层级切换时出现三维地图加载卡顿或者加载失败，本申请所提供的体素地图生成系统100还包括存储模块13，用于：

建立第一层级与基础体素地图的关联关系，作为第一加载索引；

存储第一加载索引与基础体素地图；

建立第二层级与聚合体素地图的关联关系，作为第二加载索引；

存储第二加载索引与聚合体素地图。

存储模块13以索引排列有序存储，能够有效减小随机内存访问，提高数据运算效率。同时数据有序存储和降采样，也可以处理数量级较大的地图数据。

进一步的，本申请所提供的体素地图生成系统100还包括加载模块14，用于：

根据用户的操作指令，确定操作指令中对应第一层级的第一加载索引或对应第二层级的第二加载索引；

根据第一加载索引，加载基础体素地图；

或根据第二加载索引，加载聚合体素地图。

可以理解的是，所述根据用户的操作指令在具体的应用场景中可以表现为切换比例尺或层级。所述比例尺表示图上一条线段的长度与地面相应线段的实际长度之比。地图比例尺越大误差越小，图上测量精度越高。大比例尺地图，内容详细，几何精度高。

综上所述，本申请提供的体素地图生成系统100，通过对原始地图矢量数据进行体素块重建，减少了原始地图模型中的冗余点，也即减少了模型信息的载负量，提高了地图加载速率。并进一步重建聚合体素地图，以建立金字塔坐标体系，避免在体素地图层级切换时出现三维地图加载卡顿或者加载失败。

需要说明的是，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、商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、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种体素地图生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系；

以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间；

确定球体墨卡托直角平面坐标系中的任意实体对象作为重建对象；

确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数；

根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块；

根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象；

根据待重建对象的坐标维度参数，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象，生成基础体素地图。

2.如权利要求1所述的体素地图生成方法，其特征在于，所述方法还包括：

以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间；

确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息；

根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象；

更新基础体素地图为聚合体素地图。

3.如权利要求2所述的体素地图生成方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立第一层级与基础体素地图的关联关系，作为第一加载索引；

存储第一加载索引与基础体素地图；

建立第二层级与聚合体素地图的关联关系，作为第二加载索引；

存储第二加载索引与聚合体素地图。

4.如权利要求3所述的体素地图生成方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据用户的操作指令，确定操作指令中对应第一层级的第一加载索引或对应第二层级的第二加载索引；

根据第一加载索引，加载基础体素地图；

或根据第二加载索引，加载聚合体素地图。

5.如权利要求4所述的体素地图生成方法，其特征在于，所述基础体素块或所述聚合体素块被配置为具有唯一标识符。

6.一种体素地图生成系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取包括若干实体对象的球体墨卡托直角平面坐标系；

组建模块，用于以第一规格的体素块作为基本空间单位，建立与球体墨卡托直角平面坐标系具有映射关系的重建体素空间；还用于确定球体墨卡托直角平面坐标系中的任意实体对象作为重建对象；还用于确定重建对象的轮廓维度参数、语义维度参数、坐标维度参数；还用于根据重建对象的语义维度参数，确定对应重建对象语义维度参数的基础体素块；还用于根据重建对象的轮廓维度参数，以若干对应重建对象语义维度参数的基础体素块，建立重建对象轮廓，生成实体体素对象；还用于根据待重建对象的坐标维度参数，在重建体素空间放置对应实体对象的实体体素对象，生成基础体素地图。

7.如权利要求6所述的体素地图生成系统，其特征在于，所述组建模块还用于：

以与第一规格成倍数关系的第二规格的体素块作为聚合空间单位，根据聚合空间单位划分重建体素空间；

确定聚合空间单位内基础体素块的占比信息；

根据聚合空间单位内基础体素块的占比信息，以与基础体素块成倍数关系的聚合体素块替换聚合空间单位内的基础体素块，生成聚合体素对象；

更新基础体素地图为聚合体素地图。

8.如权利要求7所述的体素地图生成系统，其特征在于，所述系统还包括存储模块，用于：

建立第一层级与基础体素地图的关联关系，作为第一加载索引；

存储第一加载索引与基础体素地图；

建立第二层级与聚合体素地图的关联关系，作为第二加载索引；

存储第二加载索引与聚合体素地图。

9.如权利要求8所述的体素地图生成系统，其特征在于，所述系统还包括加载模块，用于：

根据用户的操作指令，匹配第一加载索引或第二加载索引；

根据第一加载索引，加载基础体素地图；

或根据第二加载索引，加载聚合体素地图。

10.如权利要求9所述的体素地图生成系统，其特征在于，所述基础体素块或所述聚合体素块被配置为具有唯一标识符。

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