CN116416387A - Osgb三维模型快速顶层重建方法 - Google Patents

Osgb三维模型快速顶层重建方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于三维模型数据处理技术领域，具体是一种OSGB三维模型快速顶层重建方法。本发明首先获取OSGB倾斜模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树T，再对四叉树各层级节点采用自底向上的方式逐层重建三维模型，并在重建过程中保留各层级间的相互链接关系，实现了OSGB三维模型快速顶层重建。本发明的方法设计合理，具有自动化程度高、效率高、成本低等特点。

Description

OSGB三维模型快速顶层重建方法
技术领域
本发明属于三维模型数据处理技术领域，具体是一种OSGB三维模型快速顶层重建方法。
背景技术
在实景三维模型中，OSGB三维模型是一种使用最为广泛的数据模型，它是将一个三维场景划分为若干个瓦片，各个瓦片内部按照LOD分级原则建立了多个层级的数据模型。在实际加载三维场景时，浏览软件根据一个索引文件依次访问和加载每个瓦片数据，在三维场景越来越大、数据量急剧增加的现状下，此种模式存在较大的弊端：1、加载速度较慢，瓦片依次刷新给人的体验感较差；2、数据量增多，对电脑硬件和浏览软件的性能要求高。为了解决上述问题，通常依据现有模型进行顶层重建，即对原有模型进行合并和数据抽稀，建立多个更“粗糙”的层级，直至得到一个顶层文件，这个顶层文件包含了整个三维场景，数据量较少、分辨率较低，但能够满足最基本的显示需求。如公布号为CN114943810B的发明专利，公开了一种基于osgb的倾斜摄影切片的优化方法，通过构建八叉树进行顶层重建。公布号为CN115937456B的发明专利，公开了一种实景三维模型顶层重建方法，通过构建DOM和DSM影像的方法进行顶层重建。
上述方法采取了较为复杂的算法进行顶层重建，在数据量很大的情况下需要耗费大量的时间进行重建。因此，有必要研究一种更合理的方法，对OSGB三维模型进行快速顶层重建。
发明内容
本发明的目的是解决大场景三维模型加载效率低、体验感差，现有方法较为复杂的问题，提出一种OSGB三维模型快速顶层重建方法。
OSGB三维模型快速顶层重建方法，包括以下步骤：
S1，获取OSGB三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树T；具体步骤为：
S11，获取OSGB三维模型数据和属性数据，假设其包含N个瓦片，单个瓦片长宽尺寸均为s，模型原点为（x0，y0，z0）；
S12，依次读取N个瓦片的根节点，获取每个瓦片的数据范围minXi，minYi，minZi，maxXi，maxYi，maxZi，i为瓦片编号，1≤i≤N；minXi，minYi，minZi分别表示第i个瓦片在X、Y、Z方向的最小值，maxXi，maxYi，maxZi分别表示第i个瓦片在X、Y、Z方向的最大值；
S13，根据各瓦片的数据范围，按照下式计算整个模型的数据范围minX0，minY0，minZ0，maxX0，maxY0，maxZ0；minX0，minY0，minZ0分别表示整个模型在X、Y、Z方向的最小值，maxX0，maxY0，maxZ0分别表示整个模型在X、Y、Z方向的最大值；
Figure SMS_1
；
式中，Minimum表示取最小值；Maximum表示取最大值；
S14，根据下式计算顶层四叉树的层级数L；
Figure SMS_2
；
式中，D为三维模型在X方向长度和Y方向长度中的最大值；
S15，构建第L层四叉树的节点，具体包括：
S151，计算第L层X方向和Y方向的瓦片起始编号Kx，Ky，以及结束编号Mx，My；
Figure SMS_3
；
式中，
Figure SMS_4
表示取整运算；/>
Figure SMS_5
为第L层瓦片的长宽尺寸；
S152，依次循环遍历当前层瓦片，假设某瓦片编号为（k，j），Kx≤k≤Mx，Ky≤j≤My，建立瓦片节点OL，k，j，children，L表示节点所在层级，k、j表示瓦片编号，children表示当前节点所包含的子节点列表，该瓦片所包含的数据范围minXk，minYj，maxXk，maxYj根据下式计算：
Figure SMS_6
；
minXk，minYj分别表示该瓦片在X、Y方向的最小值，maxXk，maxYj分别表示该瓦片在X、Y方向的最大值；
S153，遍历原始瓦片，如果某原始瓦片包含于当前瓦片节点OL，k，j，children数据范围内，则将该原始瓦片添加到当前瓦片节点的children列表；如果原始瓦片遍历结束，当前瓦片节点的children列表为空，则当前瓦片节点为无效节点，不予保留，否则，当前瓦片节点为有效节点，予以保留；
S154，执行步骤S152和 S153完毕，得到第L层四叉树的所有节点；
S16，依照步骤S15依次建立第L-1至第1层的四叉树节点，得到顶层四叉树T；第L层瓦片的长宽尺寸
Figure SMS_7
，第L-1层瓦片的长宽尺寸/>
Figure SMS_8
，第L-2层瓦片的长宽尺寸
Figure SMS_9
，…，第一层瓦片的长度尺寸/>
Figure SMS_10
；
S2，对四叉树T各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，采用规则格网方法来抽稀顶点，并使用Delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建。
所述步骤S2的具体过程包括：
S21，从最底层即第L层开始重建模型，依次遍历当前层有效节点；
S22，创建顶点数据集V，纹理图像列表Img，有效顶点数据集W；
S23，依次遍历当前节点的children列表，解析出顶点数据集Dv、纹理图像集Io，并将其分
别存入V和Img集合中；
S24，根据当前节点数据范围minXk，minYj，maxXk，maxYj和预设的分辨率res构建
规则格网，则规则格网内任意一点（m，n）的坐标按下式计算
Figure SMS_11
；
S25，对于规则格网的每一点，依次遍历顶点数据集，找到离该格网点最近的顶点，存入有
效顶点数据集W，遍历完规则格网点，得到抽稀后的有效顶点数据集W；
S26，使用Delaunay三角剖分算法对数据集W重新构建三维模型；
S27，根据原模型纹理对抽稀后构建的新模型的顶点进行赋色，然后保存当前节点的模型
数据；
S28，重复步骤S21- S27，建立当前层所有节点的三维模型并保存；
S29，依次建立第L-1至第1层所有节点的三维模型数据。
有益效果：
1、本发明实现了OSGB三维模型快速顶层重建，使大场景三维模型的浏览效率更高。
2、本发明使用主流的OSGB三维模型数据格式作为顶层重建后的模型格式，保持了与原模型数据的一致性。
3、本发明自动化程度高，重建过程基本无需人工干预，可以直接得到顶层重建结果。
附图说明
图1是本发明的总体处理流程图。
图2是本发明中顶层四叉树构建示意图。
图3是本发明中单个节点瓦片重建示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种OSGB三维模型快速顶层重建方法，包括以下步骤：
S1，获取OSGB三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树T；
S2，四叉树各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，在重建过程中保留各层级间的相互链接关系。
本方法采用规则格网这一简单的方法来抽稀顶点，并使用Delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建，能够有效的保持原三维模型的基本轮廓，本方法简单、效率高，能够实现快速顶层重建。
实施例2
本实施例以某OSGB三维模型进行详细说明。
S1，获取OSGB三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树T；具体步骤为：
S11，获取OSGB三维模型数据和属性数据，该模型包含2476个瓦片，单个瓦片长宽尺寸均为100m，模型原点为（420000，2954000，0）；
S12，依次读取2476个瓦片的根节点，获取每个瓦片的数据范围minXi，minYi，minZi，maxXi，maxYi，maxZi，1≤i≤2476；
S13，根据各瓦片的数据范围，按照下式计算整个模型的数据范围minX0，minY0，minZ0，maxX0，maxY0，maxZ0，整个模型的数据范围具体为421099.8，2940399.8，1130.8，431200.2，2959100.2，1754.67；
Figure SMS_12
；
式中，i为瓦片编号，Minimum表示取最小值；Maximum表示取最大值；
S14，根据下式计算顶层四叉树的层级数L；
Figure SMS_13
；
式中，D为三维模型在X方向长度和Y方向长度中的最大值，此处为18700.4；计算出顶层四叉树的层级数L=8；
S15，构建第L层（第8层）四叉树的节点，具体包括：
S151， 计算得到当前层X方向和Y方向的瓦片起始编号Kx=4，Ky=-69和结束编号Mx=57，My=26；
Figure SMS_14
；
式中，
Figure SMS_15
表示取整运算；x0，y0为模型原点坐标，此处分别为420000和2954000；
此处原始瓦片的尺寸为100，第L层节点瓦片的尺寸
Figure SMS_16
即/>
Figure SMS_17
=200，第L-1层节点瓦片的尺寸/>
Figure SMS_18
即/>
Figure SMS_19
=400，…，第1层节点瓦片的尺寸/>
Figure SMS_20
=/>
Figure SMS_21
=25600；
S152，依次循环遍历当前层瓦片编号，假设某瓦片编号为（k，j），Kx≤k≤Mx，Ky≤j≤My，建立瓦片节点OL，k，j，children（L表示节点所在层级，k、j表示瓦片编号，children表示当前节点所包含的子节点列表），该瓦片所包含的数据范围minXk，minYj，maxXk，maxYj根据下式计算，
Figure SMS_22
；
S153， 遍历原始瓦片，如果某原始瓦片包含于当前瓦片节点OL，k，j，children数据范围内，则将该原始瓦片添加到当前瓦片节点的children列表。如果原始瓦片遍历结束，当前瓦片节点的children列表为空，则当前瓦片节点为无效节点，不予保留，否则，当前瓦片节点为有效节点，予以保留；
S154，执行步骤S152- S153完毕，则得到了第L层四叉树的所有节点；
S16依照步骤S15依次建立第L-1至第1层的四叉树节点，即可得到顶层四叉树T，如图2是顶层四叉树构建示意图。
S2，四叉树各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，具体为采用规则格网方法来抽稀顶点，并使用Delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建：
S21，从最底层即第L层开始重建模型，依次遍历当前层有效节点；
S22，创建顶点数据集V，纹理图像列表Img，有效顶点数据集W；
S23，依次遍历当前节点的children列表，解析出顶点数据集Dv、纹理图像集Io，并将其分
别存入V和Img集合中；
S24，根据当前节点数据范围minXk，minYj，maxXk，maxYj和预设的分辨率res（此处设为2.0）构建规则格网，则规则格网内任意一点（m，n）的坐标按下式计算，
Figure SMS_23
；
S25，对于规则格网的每一点，依次遍历顶点数据集，找到离该格网点最近的顶点，存入有效顶点数据集W，遍历完规则格网点，则得到了抽稀后的有效顶点数据集W；
S26，使用Delaunay三角剖分算法对数据集W重新构建三维模型；
S27，根据原模型纹理对抽稀后的构建的新模型的顶点进行赋色，然后保存当前节点的模型数据；
S28，重复步骤S21- S27，建立当前层所有节点的三维模型并保存；
S29，依次建立第L-1至第1层所有节点的三维模型数据。
如图3是某个节点瓦片重建示意图。
将本发明方法的处理结果与CesiumLab 3.0.8商用软件的处理结果相比较，本发明方法能够极大地降低顶层重建的时间，缩减率高达98.6%，重建后数据文件大小也缩减了27.7%，说明本发明方法效率高。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.OSGB三维模型快速顶层重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取OSGB三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树T；具体步骤为：
S11，获取OSGB三维模型数据和属性数据，假设其包含N个瓦片，单个瓦片长宽尺寸均为s，模型原点为（x0，y0，z0）；
S12，依次读取N个瓦片的根节点，获取每个瓦片的数据范围minXi，minYi，minZi，maxXi，maxYi，maxZi，i为瓦片编号，1≤i≤N；minXi，minYi，minZi分别表示第i个瓦片在X、Y、Z方向的最小值，maxXi，maxYi，maxZi分别表示第i个瓦片在X、Y、Z方向的最大值；
S13，根据各瓦片的数据范围，按照下式计算整个模型的数据范围minX0，minY0，minZ0，maxX0，maxY0，maxZ0；minX0，minY0，minZ0分别表示整个模型在X、Y、Z方向的最小值，maxX0，maxY0，maxZ0分别表示整个模型在X、Y、Z方向的最大值；
Figure QLYQS_1
；
式中，Minimum表示取最小值；Maximum表示取最大值；
S14，根据下式计算顶层四叉树的层级数L；
Figure QLYQS_2
；
式中，D为三维模型在X方向长度和Y方向长度中的最大值；
S15，构建第L层四叉树的节点，具体包括：
S151，计算第L层X方向和Y方向的瓦片起始编号Kx，Ky，以及结束编号Mx，My；
Figure QLYQS_3
；
式中，
Figure QLYQS_4
表示取整运算；/>
Figure QLYQS_5
为第L层瓦片的长宽尺寸；
S152，依次循环遍历当前层瓦片，假设某瓦片编号为（k，j），Kx≤k≤Mx，Ky≤j≤My，建立瓦片节点OL，k，j，children，L表示节点所在层级，k、j表示瓦片编号，children表示当前节点所包含的子节点列表，该瓦片所包含的数据范围minXk，minYj，maxXk，maxYj根据下式计算：
Figure QLYQS_6
；
minXk，minYj分别表示该瓦片在X、Y方向的最小值，maxXk，maxYj分别表示该瓦片在X、Y方向的最大值；
S153，遍历原始瓦片，如果某原始瓦片包含于当前瓦片节点OL，k，j，children数据范围内，则将该原始瓦片添加到当前瓦片节点的children列表；如果原始瓦片遍历结束，当前瓦片节点的children列表为空，则当前瓦片节点为无效节点，不予保留，否则，当前瓦片节点为有效节点，予以保留；
S154，执行步骤S152- S153完毕，得到第L层四叉树的所有节点；
S16，依照步骤S15依次建立第L-1至第1层的四叉树节点，得到顶层四叉树T ；
S2，对四叉树T各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，采用规则格网方法来抽稀顶点，并使用Delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建。
2.如权利要求1所述的OSGB三维模型快速顶层重建方法，其特征在于，所述S1中构建第L层四叉树的节点，第L层瓦片的长宽尺寸
Figure QLYQS_7
，第L-1层瓦片的长宽尺寸/>
Figure QLYQS_8
，第L-2层瓦片的长宽尺寸/>
Figure QLYQS_9
，…，第一层瓦片的长度尺寸 />
Figure QLYQS_10
。
3.如权利要求1所述的OSGB三维模型快速顶层重建方法，其特征在于，所述S2的具体过程为：
S21，从最底层即第L层开始重建模型，依次遍历当前层有效节点；
S22，创建顶点数据集V，纹理图像列表Img，有效顶点数据集W；
S23，依次遍历当前节点的children列表，解析出顶点数据集Dv、纹理图像集Io，并将其分
别存入V和Img集合中；
S24，根据当前节点数据范围minXk，minYj，maxXk，maxYj和预设的分辨率res构建
规则格网，则规则格网内任意一点（m，n）的坐标按下式计算
Figure QLYQS_11
；
S25，对于规则格网的每一点，依次遍历顶点数据集，找到离该格网点最近的顶点，存入有
效顶点数据集W，遍历完规则格网点，得到抽稀后的有效顶点数据集W；
S26，使用Delaunay三角剖分算法对数据集W重新构建三维模型；
S27，根据原模型纹理对抽稀后构建的新模型的顶点进行赋色，然后保存当前节点的模型
数据；
S28重复步骤S21- S27，建立当前层所有节点的三维模型并保存；
S29，依次建立第L-1至第1层所有节点的三维模型数据。
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Title
王凯松等: "OSGB三维模型数据切割与修平编辑工具的设计与实现", 《北京测绘》, vol. 33, no. 6, pages 679 - 682 *
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