CN116881384B - 多时相三维模型数据的储存方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多时相三维模型数据的储存方法及装置，包括：设置瓦块划分参数，将三维模型覆盖的空间范围划分成多个瓦块；在单个时相获得的三维模型的基础上，增加时间维度构建虚拟的时空张量，在时空张量下以瓦块为基础构建元胞，每个元胞将不同时相对应的相同瓦块包含的所有三维模型数据进行存储；当需要对三维模型中的某瓦块进行重划分时，对该瓦块重划分后的小瓦块之间构建空间链接；对不同时相的三维模型之间相同区域对应的瓦块构建时间链接，并将时间链接和空间链接存储在相应元胞中。本发明大大节省了存储空间，还为浏览、查找和存储三维模型数据提供了便利。

Description

多时相三维模型数据的储存方法及装置

技术领域

本发明属于数据存储的技术领域，具体涉及一种多时相三维模型数据的储存方法及装置。

背景技术

通过摄影测量、激光扫描等三维建模技术，可以实现城市、考古遗址等重要场景的实景三维重建。实景三维重建能够全方位记录场景的高精度几何信息和高真实感纹理信息，受到了各行各业的极大重视。随着实景三维建模的普及，许多行业应用对其提出了更多的需求。例如，现实中很多场景都不是一成不变的，而是持续变化的；持续变化场景通常包含多个连续的重要状态，人们经常需要对其进行多时相三维建模和记录。我们将这种需求定义为持续变化场景多时相记录。而这种多时相三维模型数据的数量级越来越大，千兆级的三维模型数据已经很普遍。并且现有的数据组织和存储方式也不利于实现变化场景多时相记录。目前，行业中主要是以文件形式存储和管理三维模型。这种存储和管理方式有很多弊端，主要包括查找、更新困难，数据冗余、一致性问题，以及多时相数据管理困难，存储和读取效率低下。对于普通数据类型，使用数据库管理技术可以有效解决这些问题。然而，对于三维模型数据，存储量大、不易分割、不易组织等特点导致使用数据库管理较为困难。

发明内容

本发明的一个目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种多时相三维模型数据的储存方法，该方法以时空张量的元胞为基本数据存储单位，集中、高效地进行三维模型数据存储，解决了当前三维数据的查找、更新、多时相数据管理困难，以及数据冗余、一致性等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多时相三维模型数据的储存方法，包括如下步骤：

空间划分：设置瓦块划分参数，将每个时相的三维模型覆盖的空间范围均划分成多个瓦块；

时间划分：在单个时相获得的三维模型的基础上，增加时间维度构建虚拟的时空张量；

元胞构建：在时空张量下，为每个时相的三维模型的每个瓦块构建一个元胞，每个元胞将其对应的瓦块包含的全部数据打包存储；

空间链接：当需要对三维模型中的某瓦块进行重划分时，对该瓦块重划分后的小瓦块之间构建空间链接；

时间链接：如果不同时相的三维模型之间存在相同瓦块，瓦块包含的模型数据没有发生变化，则将其中一个时相的瓦块的模型数据进行储存，其余时相的瓦块中的模型数据无需存储，在这些瓦块之间构建时间链接，所述其余时相的瓦块通过时间链接引用所述其中一个时相的瓦块储存的模型数据。，从而实现节约存储空间、提升加载效率、增强数据一致性的目标。

进一步地，瓦块划分参数包括三维模型的数据范围、坐标系、划分原点、基础平面步长和基础高程步长。

进一步地，将三维模型覆盖的空间范围进行瓦块划分方法为：

在坐标系下，从划分原点开始，以平面步长和高程步长形成的空间为单位将三维空间均匀划分为多个瓦块，其中，平面步长是基础平面步长的整数倍，高程步长是基础高程步长的整数倍。

进一步地，每个元胞内存储的数据包括对应瓦块涵盖的元数据、空间链接、时间链接、金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型纹理图像。

进一步地，元胞中存储的元数据导出为.xml文件，时间链接和空间链接导出为.link文件，金字塔结构三维模型数据导出为.osgb格式的三维模型文件，非金字塔结构三维模型数据导出为.obj格式的三维模型文件，非金字塔结构三维模型纹理图像导出为.jpg、.png格式的纹理图像。

进一步地，元胞内的数据采用二进制编码或纯文本编码进行存储。

进一步地，在进行瓦块重划分时，重划分的瓦块参数与原瓦块划分参数保持相同的划分原点、基础平面步长和基础高程步长。

进一步地，构建空间链接、时间链接的方法为：

构建一个有向链接存储在元胞内，由瓦块B指向瓦块A，该有向链接存储在瓦块B对应的元胞中；

当瓦块B内的空间链接或时间链接不为空时，如果需要读取瓦块B中的三维模型数据时，通过空间链接或时间链接直接读取瓦块A中的三维模型数据予以代替；空间链接和时间链接能多重叠加，即瓦块C指向瓦块B，瓦块B指向瓦块A，则读取瓦块C时会经过瓦块B链接到瓦块A。

进一步地，空间链接被限制为在同一时相内的瓦块之间使用，时间链接被限制为在相同瓦块的不同时相间使用。

本发明的另一个目的时提供一种根据上述的多时相三维模型数据的储存方法的储存装置，其特征在于，包括：

瓦块划分模块，其用于根据瓦块划分参数将每个时相的三维模型覆盖的空间范围划分成多个瓦块；

时空张量构建模块，其用于根据单个时相的三维模型和时间维度构建时空张量；

空间链接构建模块，其用于对瓦块重划分后的小瓦块之间构建空间链接；

时间链接构建模块，其用于对不同时相的三维模型之间相同区域对应的瓦块间构建时间链接；

存储模块，其用于在时空张量下为每个时相的三维模型的每个瓦块构建元胞，每个元胞将其对应的瓦块包含的全部数据打包存储，并且存储瓦块包含的时间链接和空间链接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明将多时相三维模型的存储问题构建为虚拟的时空张量，以元胞为基本数据存储单位，集中、高效地进行三维模型数据存储，方便了数据的传输、浏览和查找，避免了当前普遍采用的文件存储和管理方式的很多弊端，解决了当前三维数据的查找、更新、多时相数据管理困难，以及数据冗余、一致性等问题；

本发明针对持续变化区域构建的多时相三维模型，从空间维度和时间维度构建虚拟时空张量，再在时空张量下以瓦块为基础建立元胞，元胞存储其所在的瓦块的全部数据，并通过巧妙地设置空间链接增加了模型生产时瓦块划分的自由度，设置时间链接消除冗余数据，无需对不同时相的三维模型中相同区域的瓦块进行重复存储，最大程度地节省了存储空间，还能够为多时相实景三维数据的浏览、查询和分析提供便利。

附图说明

图1为本发明实施例对三维模型划分瓦块的示意图；

图2为本发明实施例构建时空张量的示意图；

图3为本发明实施例元胞内数据存储及导出的示意图；

图4为本发明实施例构建空间链接的示意图；

图5为本发明实施例构建时间链接的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明公开了一种多时相三维模型数据的储存方法，包括如下步骤：

步骤1、设置瓦块划分参数，将每个时相获得的三维模型覆盖的空间范围均划分成多个瓦块（空间划分）；

在该步骤中，瓦块划分参数包括三维模型的数据范围（三维模型长、宽、高对应的范围）、坐标系、划分原点、基础平面步长和基础高程步长。其中，坐标系构建方法为：在三维模型所在的平面内建立X、Y轴，以三维模型的高程所在的方向建立Z轴构建坐标系。在该坐标系下，确定划分原点、平面步长以及高程步长，为了更好地存储数据，平面步长为平面基础步长的整数倍，高程步长为基础高程步长的整数倍。在确定上述的划分参数后，从划分原点开始，以平面步长和高程步长形成的空间为单位将三维模型覆盖的空间范围均匀划分成多个大小相同的瓦块（tile）。具体地划分方式如图1所示，首先确定划分原点，在确定了划分原点后，根据平面步长和高程步长将每个时相获得的三维模型划分成多个大小相同的瓦块，其中，划分平面步长x须是基础步长a的整数倍，平面步长Y须是基础步长b的整数倍，高程步长z也须是高程基础步长c的整数倍，并且对同一时相的三维模型划分瓦块时，其划分原点始终不变，基础步长a、b以及高程步长始终不变。瓦块划分完成后，获取每个瓦块对应的三维模型数据，其中，每个瓦块对应的三维模型数据包括三维模型文件、纹理图像文件和元数据。

步骤2、在单个时相的三维模型的基础上，增加时间维度构建虚拟的时空张量（时间划分）；

在时空张量下，为每个时相的三维模型的每个瓦块构建元胞，每个元胞将其对应的瓦块包含的全部数据打包存储；

当需要对三维模型中的某瓦块进行重划分时，对该瓦块重划分后的小瓦块之间构建空间链接；

如果不同时相的三维模型之间存在相同瓦块，瓦块包含的模型数据没有发生变化，则将其中一个时相的瓦块的模型数据进行储存，其余时相的瓦块中的模型数据无需存储，在这些瓦块之间构建时间链接，所述其余时相的瓦块通过时间链接引用所述其中一个时相的瓦块储存的模型数据，从而实现节约存储空间、提升加载效率、增强数据一致性的目标；

在该步骤中，本实施例为了更方便地对不同时相的三维模型数据进行存储，其在瓦块划分的基础上增加了时间维度构建时空张量，具体地见图2，本实施例根据时相1、时相2…时相n获得的三维模型构建时空张量，在时空张量下，为每个时相的三维模型的每个瓦块构建一个元胞（cellular），每个元胞将其对应瓦块包含的所有三维模型数据进行存储。

具体地，元胞内可以集中存储三维模型上对应瓦块包含的元数据、空间链接、时间链接、三维模型文件、纹理图像文件，其中，三维模型文件包括金字塔结构和非金字塔结构三维模型文件。在本实施例中，元胞内的数据存储可以采用二进制编码或纯文本编码（ASCII），其中二进制编码数据读取速度更快，纯文本编码更易于数据编辑和人工修改。

在本实施例中，元胞内的数据存储顺序一般为元数据、时间链接、空间链接、金字塔结构三维模型、非金字塔结构三维模型、非金字塔结构三维模型纹理图像。与常规的文件型数据管理方式进行交换时，元胞内存储的数据可以导出为.osgb、.obj、.mtl、.jpg、.png、.link、.xml等常规文件。元胞内数据存储空间划分与数据组织、本发明的数据结构与常规文件的对应关系见图3，元胞中存储的元数据一般导出为.xml文件，时间链接和空间链接导出为.link文件，金字塔结构三维模型数据导出为.osgb格式的三维模型文件，非金字塔结构三维模型数据导出为.obj格式的三维模型文件，非金字塔结构三维模型纹理图像导出为.jpg、.png格式的纹理图像。

如果当前时相的某些瓦块需要适配更精细地分辨率，本实施例允许使用重建软件生产三维模型时根据计算机内存情况设置最高效的划分瓦块参数对这些瓦块进行重划分，而无需始终适配步骤1设置的瓦块参数，但前提是必须与步骤1的瓦块参数保持相同的划分原点、基础平面步长和基础高程步长。在本实施例中，瓦块重划分问题可以通过构建空间链接来解决。具体地见图4，如果当前时相中的瓦块t1需要适配更精细的分辨率，则需要对其进行重划分，为此在步骤1的划分原点、平面基础步长、高程基础步长的基础上，在该瓦块长Tx、宽Ty、高Tz对应的数据范围下设置平面步长和高程步长将瓦块t1划分成多个大小相同的小瓦块（在图4中划分成小瓦块h-p），该平面步长也必须是平面基础步长的整数倍，高程步长必须是高程基础步长的整数倍。而为了轻量化数据的存储，将其中的8个小瓦块h、i、j、k、l、m、o、p中包含的全部模型数据集中存储在小瓦块n中，则该8个小瓦块中存储的模型数据为空，通过构建小瓦块n与小瓦块h、i、j、k、l、m、o、p之间的空间链接以从小瓦块n中调用该8个小瓦块对应的模型数据。

此外，在存储不同时相的三维模型数据时，需要通过用户给定的变化范围判断当前时相的三维模型数据相对于已有时相的三维模型数据是否发生变化，对于发生变化的瓦块，将当前时相的三维模型中发生变化的瓦块数据存储在对应的元胞中；对于未发生变化的瓦块，则通过构建时间链接引用已有时相对应的相同瓦块三维模型数据。具体地见图5，当时相1的三维模型中瓦块e的模型数据与时相2的三维模型中对应的相同瓦块e′的模型数据完全一致时，则无需重复存储瓦块e′中的数据，仅需要构建瓦块e′与瓦块e之间的时间链接并储存在元胞中，通过时间链接调用瓦块e中的数据即可，从而解决了不同时相三维模型之间相同区域的数据存储冗余的问题。

其中，在本实施例构建空间链接和时间链接的具体方法为：

构建一个有向链接存储在元胞内，该有向链接存储在瓦块B对应的元胞中，由瓦块B指向瓦块A。瓦块B内的空间链接或时间链接不为空时，如果需要读取瓦块B的金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型纹理图像时，直接读取瓦块A的相应数据（金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型纹理图像）予以代替。空间链接和时间链接可以多重叠加，即瓦块C指向瓦块B，瓦块B指向瓦块A，则读取瓦块C时会经过瓦块B链接到瓦块A。

为保证链接的规范性，空间链接被限制为仅可在同一时相内的瓦块之间使用（横向链接/引用），时间链接被限制为仅可在相同瓦块的不同时相间使用（纵向链接/引用）。在浏览、查询和传输时以元胞为单位进行相关数据的获取，无需对每个时相的模型数据进行获取，大大节省了存储空间和时间，还为浏览、查询和传输提供了便利。

本发明的另一个目的是提供一种根据上述的多时相三维模型数据的储存方法的储存装置，其特征在于，包括：

瓦块划分模块，其用于根据瓦块划分参数将每个时相的三维模型覆盖的空间范围均划分成多个瓦块；

时空张量构建模块，其用于根据单个时相的三维模型和时间维度构建时空张量；

空间链接构建模块，其用于对瓦块重划分后的小瓦块之间构建空间链接；

时间链接构建模块，其用于对不同时相的三维模型之间相同区域对应的瓦块间构建时间链接；

存储模块，其用于在时空张量下为每个时相的三维模型的每个瓦块构建元胞，每个元胞将其对应的瓦块包含的全部模型数据打包存储，并且存储瓦块包含的时间链接和空间链接。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置瓦块划分参数，将每个时相的三维模型覆盖的空间范围均划分成多个瓦块；

在单个时相的三维模型的基础上，增加时间维度构建虚拟的时空张量；

在时空张量下，为每个时相的三维模型的每个瓦块构建元胞，每个元胞将其对应的瓦块包含的全部数据打包存储；

当需要对三维模型中的某瓦块进行重划分时，对该瓦块重划分后的小瓦块之间构建空间链接；

如果不同时相的三维模型之间存在相同瓦块，瓦块包含的模型数据没有发生变化，则将其中一个时相的瓦块的模型数据进行储存，其余时相的瓦块中的模型数据无需存储，在这些瓦块之间构建时间链接，所述其余时相的瓦块通过时间链接引用所述其中一个时相的瓦块储存的模型数据；

其中，构建空间链接、时间链接的方法为：

构建一个有向链接存储在元胞内，由瓦块B指向瓦块A，该有向链接存储在瓦块B对应的元胞中；

当瓦块B内的空间链接或时间链接不为空时，如果需要读取瓦块B中的三维模型数据时，通过空间链接或时间链接直接读取瓦块A中的三维模型数据予以代替；空间链接和时间链接能多重叠加，即瓦块C指向瓦块B，瓦块B指向瓦块A，则读取瓦块C时会经过瓦块B链接到瓦块A。

2.根据权利要求1所述的多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，瓦块划分参数包括三维模型的数据范围、坐标系、划分原点、基础平面步长和基础高程步长。

3.根据权利要求2所述的多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，将三维模型覆盖的空间范围进行瓦块划分方法为：

在坐标系下，从划分原点开始，以平面步长和高程步长形成的空间为单位将三维空间均匀划分为多个瓦块，其中，平面步长是基础平面步长的整数倍，高程步长是基础高程步长的整数倍。

4.根据权利要求1所述的多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，每个元胞内存储的数据包括对应瓦块涵盖的元数据、空间链接、时间链接、金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型数据、非金字塔结构三维模型纹理图像。

5.根据权利要求4所述的多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，元胞中存储的元数据导出为.xml文件，时间链接和空间链接导出为.link文件，金字塔结构三维模型数据导出为.osgb格式的三维模型文件，非金字塔结构三维模型数据导出为.obj格式的三维模型文件，非金字塔结构三维模型纹理图像导出为.jpg或.png格式的纹理图像。

6.根据权利要求1所述的多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，元胞内的数据采用二进制编码或纯文本编码进行存储。

7.根据权利要求2所述的多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，在进行瓦块重划分时，重划分的瓦块参数与原瓦块划分参数保持相同的划分原点、基础平面步长和基础高程步长。

8.根据权利要求1所述的多时相三维模型数据的储存方法，其特征在于，空间链接被限制为在同一时相内的瓦块之间使用，时间链接被限制为在相同瓦块的不同时相间使用。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的多时相三维模型数据的储存方法的储存装置，其特征在于，包括：

瓦块划分模块，其用于根据瓦块划分参数将每个时相的三维模型覆盖的空间范围划分成多个瓦块；

时空张量构建模块，其用于根据单个时相的三维模型和时间维度构建时空张量；

空间链接构建模块，其用于对瓦块重划分后的小瓦块之间构建空间链接；

时间链接构建模块，其用于对不同时相的三维模型之间相同区域对应的瓦块间构建时间链接；

存储模块，其用于在时空张量下为每个时相的三维模型的每个瓦块构建元胞，每个元胞将其对应的瓦块包含的全部数据打包存储，并且存储瓦块包含的时间链接和空间链接。