一種空間數據模型切片的多級簡化方法與流程

2024-04-13 22:49:05

1.本發明涉及地理信息技術領域，具體的說能夠根據定量可視距離和模型特點計算自適應簡化參數，能夠大幅度減少模型幾何結構信息；多尺度紋理簡化可以對切片中模型紋理進行不同尺度的簡化，更大程度的對紋理大小進行了縮減；基於規則模板的紋理合併可以減少紋理的數量、保證紋理大小一致，提升渲染速度，同時在紋理合併過程中保存了紋理的還原信息，在渲染時可以將紋理圖片中的各個部分抽取還原，避免了重複紋理變形的現象的一種空間數據模型切片的多級簡化方法。


背景技術：

2.隨著it技術和產業的迅速發展，地理信息方法(gis)以它顯著的特點和日益強大的功能廣泛地深入到各行各業，並在其中發揮著越來越重大的作用。與此同時，這些應用反過來又對gis提出了更多、更高的要求。人們生活在一個真實的三維空間內，很多實際現象依靠現有的2d gis得不到很好的解決，如城市規劃中立交橋及建築物的設計及景觀模擬；地下鐵路、商場、停車場及其它服務設施的數據管理及圖形顯示；電力、通訊設施的合理布局與規劃；房產部門中樓房住宅的消防、供電、供水、供氣、報警等設施的合理配置；城市地上、地下管網的合理分布、管理、查詢及最佳路徑的選擇；航空飛行線路的規劃與管理；地質、石油等領域的地層、斷裂、地質構造體、油層、地下氣、地下水等各種現象的描述及分析等等。這些都需要直觀的真三維表示，傳統的2d gis已結不能滿足人民的應用需求，它迫切需要向3d gis轉換。因此，3d gis激起了研究人員的強烈興趣。對3d gis的研究已成為學術界關注的熱點。
3.隨著「數字地球」、「數字城市」等一系列概念的提出，有關三維城市模型的應用需求正迅速增加。地理信息的普遍服務如數字城市、虛擬地理環境等也對其三維表示提出了緊迫的要求，而對地觀測技術和計算機技術特別是解析度遙感技術和計算機圖形圖像處理技術的進步為此提供了多種顯示途徑。地理信息的三維表示具有以下顯著的特徵：
4.三維表示能夠給與用戶更加直觀的空間高程信息，而傳統的二維表示反映的都是空間物體的平面位置，其高程信息只是作為一個屬性值而存在，並不能被直觀地反映出來。
5.以更加直觀和逼真的方式指出空間目標種類及數量和質量特徵以及對象的空間位置和現象的時空分布，所以三維表示具有完整的時空定位特徵。
6.與之對應，數碼城市是關於城市的一種逼真的三維數字表示，使人們可以探察匯集關於城市的自然和人文信息，並與之互動。在攝影測量界，數碼城市大多數情況下指三維城市模型，它不僅呈現三維城市模型，而且還提供具有相片直觀的表面描述如逼真的材質和紋理特徵以及相關的屬性信息，滿足數碼城市需要的gis被稱為「數碼城市gis」。與三維可視化和虛擬顯示技術相比，實用化的真三維gis的研究進展則緩慢很多，其理論與技術都還不成熟。因此，不像一般意義的真三維gis，數碼城市gis現階段還只是真三維gis一種特殊的原型方法，根據大多數的應用需求在許多方面進行了簡化，比如採用外包圍表面模型代替實體幾何模型和淡化了複雜的空間拓撲關係等，不論現實世界如何映射到空間數據
庫，更強調gis以一種穩健有效的方式提供三維能力。
7.但是目前的三維gis方法存在若干關鍵技術問題需要解決，能夠根據定量可視距離和模型特點計算自適應簡化參數，能夠大幅度減少模型幾何結構信息；多尺度紋理簡化可以對切片中模型紋理進行不同尺度的簡化，更大程度的對紋理大小進行了縮減；基於規則模板的紋理合併可以減少紋理的數量、保證紋理大小一致，提升渲染速度，同時在紋理合併過程中保存了紋理的還原信息，在渲染時可以將紋理圖片中的各個部分抽取還原，避免了重複紋理變形的現象。本方法不僅可以使切片中模型能夠在多級定量可視距離下產生多級簡化效果並保持模型特徵，而且可以降低切片數據量，提升切片在場景中的調度渲染速度。


技術實現要素：

8.為了克服現有技術方案的弊端，能夠根據定量可視距離和模型特點計算自適應簡化參數，能夠大幅度減少模型幾何結構信息；多尺度紋理簡化可以對切片中模型紋理進行不同尺度的簡化，更大程度的對紋理大小進行了縮減；基於規則模板的紋理合併可以減少紋理的數量、保證紋理大小一致，提升渲染速度，同時在紋理合併過程中保存了紋理的還原信息，在渲染時可以將紋理圖片中的各個部分抽取還原，避免了重複紋理變形的現象。可以使切片中模型能夠在多級定量可視距離下產生多級簡化效果並保持模型特徵，而且可以降低切片數據量，提升切片在場景中的調度渲染速度。
9.一種空間數據模型切片的多級簡化方法，包括如下步驟：自適應幾何結構簡化：讀取模型幾何結構信息，根據定量可視距離和模型特點計算自適應簡化參數，對切片中模型進行多層次簡化，根據計算得到的自適應邊摺疊參數對三角面進行邊摺疊簡化並對紋理坐標進行重新分配，在邊摺疊簡化的結果上根據計算得到的自適應面刪除參數進行面刪除簡化，在面刪除簡化結果的基礎上根據計算得到的自適應點聚合參數對模型三角點進行聚合簡化；多尺度紋理簡化：從經過自適應幾何簡化的切片中的模型中提取紋理圖片，運算各個紋理對應的紋理簡化係數，生成紋理簡化信息字典，通過紋理簡化信息字典對各個紋理圖片進行多尺度的簡化；基於規則模板進行合併：讀取切片中模型的紋理層數信息,對紋理圖片進行分組，生成紋理組群，生成各組對應的規則模板，將紋理組群內的紋理分配至模板窗口，計算紋理還原信息並綁定至模型紋理坐標中，融合模板內的紋理圖片生成新的紋理圖片，替換模型中的紋理圖片，獲得合併後的模型紋理。
10.一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述自適應幾何結構簡化的步驟為：
11.讀取模型幾何結構信息：批量對模型幾何結構中的頂點坐標進行信息讀取，從屬：其中頂點坐標中的信息包括：法線坐標、頂點坐標、紋理坐標，
12.篩選邊摺疊三角面：根據頂點坐標中的坐標值通過公式運算出每個三角面的面積值，進一步根據公式計算出每個三角面投影像素值，對投影像素值＜1的三角面進行標記等待處理，對三角面投影像素值≥1的三角面進行保留；
13.對三角面的邊進行摺疊簡化：將每個具有標識的三角面參與運算獲得邊摺疊的二次誤差值後通過運算獲得邊摺疊權重值並對三角面的邊進行摺疊，生成新的三角面並更新頂點坐標；
14.對三角面進行篩選並刪除：在重組後的三角面中篩選內角小於極值的三角面，在
角度篩選的基礎上進一步篩選獲得最短邊投影像素值小於1的三角面，對篩選獲得的三角面進行刪除；
15.計算三角點聚合閾值：根據切片中模型坐標的最大值與模型坐標的最小值運算切片包圍盒半徑，再根據得到的切片包圍盒半徑運算獲得切片聚合閾值；
16.對模型三角點進行聚合：將切片所在的空間以切片聚合閾值為邊長劃分成等同體積的立方體，對每個立方體中的模型頂點進行頂點聚合，刪除冗餘紋理。
17.一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述篩選邊摺疊三角面的步驟為：
18.計算定量可視距離下各三角面投影至場景平面像素值：根據頂點坐標中的坐標值通過公式運算出每個三角面的面積值，其中運算公式為：
[0019][0020]
式中：
[0021]s△
代表三角面面積；
[0022]
x1、y1、z1代表三角面第一個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0023]
x2，y2，z2代表三角面第二個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0024]
x3，y3，z3代表三角面第三個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0025]
通過三角面的面積值與指定範圍內的可視距離通過運算公式獲得投影像素值，其中運算公式為：
[0026][0027]
式中：
[0028]
p
△
代表三角面投影像素值；
[0029]s△
代表三角面的面積值；
[0030]
d代表指定範圍內的可視距離；
[0031]hsc
代表場景所處的屏幕高度；
[0032]
fovy代表場景中視椎體的縱向夾角；
[0033]
篩選三角面投影像素值＜1的三角面：根據運算後獲得的投影像素值對模型中各個三角面進行篩選，當判定其三角面投影像素值＜1時，對其三角面賦予標識並等待進一步處理，當判定其三角面投影像素值≥1時，對其三角面進行保留。
[0034]
一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述對三角面的邊進行摺疊簡化的步驟為：
[0035]
對邊摺疊進行二次誤差運算：通過具有標識的三角面的頂點坐標和所處的平面運算獲得邊摺疊的二次誤差值，其中所述運算公式為：
[0036][0037]
式中：
[0038]
x、y、z為三角面邊的中點坐標值；
[0039]
a、b、c、d代表該邊所屬平面ax+by+cz+d＝0的平面方程各項係數；
[0040]
e代表邊摺疊的二次誤差值；
[0041]
對摺疊權重值進行運算：依據運算獲得的邊摺疊的二次誤差值計算邊摺疊權重值；其中所述運算公式為：
[0042][0043]
式中：
[0044]
e代表邊摺疊的二次誤差值；
[0045]
p代表邊摺疊權重值；
[0046]
根據權重值執行邊摺疊：根據邊摺疊權重值對每個三角面邊的摺疊順序進行重新排序並摺疊生成重組後的三角面；
[0047]
對紋理坐標進行重新分配：對重組後的三角面的紋理坐標進行更新配置。
[0048]
一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述對三角面進行篩選並刪除的步驟為：
[0049]
篩選內角小於極值的三角面：利用三角函數餘弦公式和重組後的三角面的頂點坐標運算出各個內角，篩選出內角小於極值的三角面；
[0050]
篩選最短邊投影像素值小於1的三角面：利用三角函數餘弦公式運算得到已篩選出內角小於極值的三角面的最短邊的邊長，運算獲得投影至場景平面的像素值小於1的三角面；其中所述運算公式為：
[0051][0052]
式中：
[0053]
e代表最短邊的邊長；
[0054]
p
edge
代表最短邊投影至場景平面的像素值；
[0055]hsc
代表場景所處的屏幕高度；
[0056]
fovy代表場景中視椎體的縱向夾角
[0057]
對篩選結果進行刪除：對篩選獲得的三角面進行刪除。
[0058]
一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述計算三角點聚合閾值的具體步驟為：
[0059]
計算模型包圍盒半徑：根據切片中模型坐標的最大值與模型坐標的最小值運算切片包圍盒半徑；其中所述運算公式為：
[0060][0061]
式中：
[0062]
r代表運算得到的包圍盒半徑；
[0063]
x
min
、y
min
、z
min
代表切片中模型頂點坐標值中的最小值；
[0064]
x
max
、y
max
、z
max
代表切片中模型頂點坐標值中的最大值；
[0065]
根據半徑計算聚合閾值：根據得到的切片包圍盒半徑運算獲得切片聚合閾值；其中所述運算公式為：
[0066][0067]
式中：
[0068]
t代表運算獲得的切片聚合閾值；
[0069]
r代表包圍盒半徑；
[0070]
n代表簡化程度。
[0071]
一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述多尺度紋理簡化的具體步驟為；
[0072]
對紋理簡化尺度係數進行運算：提取切片中模型紋理圖片對應的三角面集合，計算每個紋理圖片對應的三角面面積值總和，將運算獲得的面積值總和進行分段統計運算，進一步根據分段統計結果運算對應紋理簡化係數，同時生成紋理簡化信息字典；
[0073]
依據紋理簡化係數對各個紋理進行簡化：遍歷單一切片中模型的紋理圖片，通過紋理簡化信息字典對各個紋理圖片進行多尺度的簡化。
[0074]
一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述對紋理簡化尺度係數進行運算的具體步驟為：
[0075]
提取紋理使用三角面集合：提取切片中模型的紋理圖片，篩選出各個紋理圖片對應的三角面，得到各個紋理圖片使用的三角面集合；
[0076]
對三角面集合分段統計，生成紋理簡化信息字典：將各個紋理圖片使用的三角面集合面積值加和(公式1)，將運算獲得的面積值總和進行分段統計運算(公式2)，根據分段統計結果運算對應紋理簡化係數，生成紋理簡化信息字典(公式3)；
[0077]
其中所述加和運算公式1為：
[0078][0079]
式中：
[0080]sp
代表每個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和；
[0081]
si代表每個紋理圖片對應的各個三角面集合的面積值；
[0082]
其中所述運算公式2為；
[0083][0084]
式中：
[0085]
proj代表第j個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和的分段統計運算結果；
[0086]
sj和分別代表第j個紋理圖片和所有紋理圖片對應的三角面集合面積值的總和；
[0087]
其中所述運算公式3為；
[0088][0089]
式中：
[0090]rj
代表第j個紋理圖片對應的紋理簡化係數；
[0091]
proj代表第j個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和的分段統計結果；
[0092]
一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述基於規則模板進行合併的具體步驟為：
[0093]
獲取模型紋理層數信息：讀取切片中模型的材質信息，從材質信息中獲取紋理層數信息；
[0094]
對紋理進行分組：根據紋理層數信息生成與之相互對應數量的紋理合併模板，將切片中模型包含的紋理圖片按照紋理層數進行分組，獲得多個不同層級的紋理組群；
[0095]
分配各組內的紋理至模板窗口：遍歷各層級紋理組群，將各個紋理組群中的紋理圖片分配至對應模板窗口中指定的位置中；
[0096]
計算紋理還原信息：根據各個紋理圖片在模板窗口中指定的位置生成紋理還原信息；
[0097]
綁定紋理還原信息至模型坐標：將生成的紋理還原信息綁定至模型的紋理坐標中；
[0098]
根據模板生成新紋理：將各個模板窗口進行融合，使每個模板窗口生成一張新的紋理圖片，並將新生成的紋理圖片、新生成的紋理圖片和原紋理圖片的映射關係均進行保存；
[0099]
替換模型紋理：依據新生成的紋理圖片與原紋理圖片的映射關係對切片中模型材質信息中的紋理信息進行更新，去除原紋理圖片，獲得替換後的模型紋理。
[0100]
一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述指定範圍內的可視距離為：1cm至5000m之間。
[0101]
由此可見：
[0102]
本發明實施例中的方法可以根據定量可視距離和模型特點計算自適應簡化參數，能夠大幅度減少模型幾何結構信息；多尺度紋理簡化可以對切片模型紋理進行不同尺度的簡化，更大程度的對紋理大小進行了縮減；基於規則模板的紋理合併可以減少紋理的數量、保證紋理大小一致，提升渲染速度，同時在紋理合併過程中保存了紋理的還原信息，在渲染時可以將紋理圖片中的各個部分抽取還原，避免了重複紋理變形的現象。本方法不僅可以使切片模型能夠在多級定量可視距離下產生多級簡化效果並保持模型特徵，而且可以降低切片數據量，提升切片在場景中的調度渲染速度。
附圖說明
[0103]
圖1為本發明的實施例中提供的空間數據模型切片的多級簡化方法的流程示意圖；
[0104]
圖2為本發明實施例中的自適應幾何結構簡化步驟流程示意圖；
[0105]
圖3為本發明實施例中篩選邊摺疊三角面步驟流程示意圖；
[0106]
圖4為本發明實施例中的對三角面的邊進行摺疊簡化步驟流程示意圖；
[0107]
圖5為本發明實施例中的對三角面進行篩選並刪除步驟流程示意圖；
[0108]
圖6為本發明實施例中的計算三角點聚合閾值步驟流程示意圖；
[0109]
圖7為本發明實施例中的多尺度紋理簡化步驟流程示意圖；
[0110]
圖8為本發明實施例中的對紋理簡化尺度係數進行運算步驟流程示意圖；
[0111]
圖9為本發明實施例中的基於規則模板進行合併步驟流程示意圖。
具體實施方式
[0112]
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
[0113]
實施例1：
[0114]
圖1為本實施例提供的空間數據模型切片的多級簡化方法的流程示意圖，如圖1所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，該方法包括如下步驟：自適應幾何結構簡化：讀取模型幾何結構信息，根據定量可視距離和模型特點計算自適應簡化參數，對切片中模型進行多層次簡化，根據計算得到的自適應邊摺疊參數對三角面進行邊摺疊簡化並對紋理坐標進行重新分配，在邊摺疊簡化的結果上根據計算得到的自適應面刪除參數進行面刪除簡化，在面刪除簡化結果的基礎上根據計算得到的自適應點聚合參數對模型三角點進行聚合簡化；多尺度紋理簡化：從經過自適應幾何簡化的切片中的模型中提取紋理圖片，運算各個紋理對應的紋理簡化係數，生成紋理簡化信息字典，通過紋理簡化信息字典對各個紋理圖片進行多尺度的簡化；基於規則模板進行合併：讀取切片中模型的紋理層數信息,對紋理圖片進行分組，生成紋理組群，生成各組對應的規則模板，將紋理組群內的紋理分配至模板窗口，計算紋理還原信息並綁定至模型紋理坐標中，融合模板內的紋理圖片生成新的紋理圖片，替換模型中的紋理圖片，獲得合併後的模型紋理。
[0115]
如圖2所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述自適應幾何結構簡化的步驟為：
[0116]
讀取模型幾何結構信息：批量對模型幾何結構中的頂點坐標進行信息讀取，從屬：其中頂點坐標中的信息包括：法線坐標、頂點坐標、紋理坐標，
[0117]
篩選邊摺疊三角面：根據頂點坐標中的坐標值通過公式運算出每個三角面的面積值，進一步根據公式計算出每個三角面投影像素值，對投影像素值＜1的三角面進行標記等待處理，對三角面投影像素值≥1的三角面進行保留；
[0118]
對三角面的邊進行摺疊簡化：將每個具有標識的三角面參與運算獲得邊摺疊的二次誤差值後通過運算獲得邊摺疊權重值並對三角面的邊進行摺疊，生成新的三角面並更新頂點坐標；
[0119]
對三角面進行篩選並刪除：在重組後的三角面中篩選內角小於極值的三角面，在角度篩選的基礎上進一步篩選獲得最短邊投影像素值小於1的三角面，對篩選獲得的三角面進行刪除；
[0120]
計算三角點聚合閾值：根據切片中模型坐標的最大值與模型坐標的最小值運算切片包圍盒半徑，再根據得到的切片包圍盒半徑運算獲得切片聚合閾值；
[0121]
對模型三角點進行聚合：將切片所在的空間以切片聚合閾值為邊長劃分成等同體積的立方體，對每個立方體中的模型頂點進行頂點聚合，刪除冗餘紋理。
[0122]
如圖3所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述篩選邊摺疊三角面的步驟為：
[0123]
計算定量可視距離下各三角面投影至場景平面像素值：根據頂點坐標中的坐標值通過公式運算出每個三角面的面積值，其中運算公式為：
[0124][0125]
式中：
[0126]s△
代表三角面面積；
[0127]
x1、y1、z1代表三角面第一個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0128]
x2，y2，z2代表三角面第二個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0129]
x3，y3，z3代表三角面第三個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0130]
通過三角面的面積值與指定範圍內的可視距離通過運算公式獲得投影像素值，其中運算公式為：
[0131][0132]
式中：
[0133]
p
△
代表三角面投影像素值；
[0134]s△
代表三角面的面積值；
[0135]
d代表指定範圍內的可視距離；
[0136]hsc
代表場景所處的屏幕高度；
[0137]
fovy代表場景中視椎體的縱向夾角；
[0138]
篩選三角面投影像素值＜1的三角面：根據運算後獲得的投影像素值對模型中各個三角面進行篩選，當判定其三角面投影像素值＜1時，對其三角面賦予標識並等待進一步處理，當判定其三角面投影像素值≥1時，對其三角面進行保留。
[0139]
如圖4所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述對三角面的邊進行摺疊簡化的步驟為：
[0140]
對邊摺疊進行二次誤差運算：通過具有標識的三角面的頂點坐標和所處的平面運算獲得邊摺疊的二次誤差值，其中所述運算公式為：
[0141][0142]
式中：
[0143]
x、y、z為三角面邊的中點坐標值；
[0144]
a、b、c、d代表該邊所屬平面ax+by+cz+d＝0的平面方程各項係數；
[0145]
e代表邊摺疊的二次誤差值；
[0146]
對摺疊權重值進行運算：依據運算獲得的邊摺疊的二次誤差值計算邊摺疊權重值；其中所述運算公式為：
[0147]
[0148]
式中：
[0149]
e代表邊摺疊的二次誤差值；
[0150]
p代表邊摺疊權重值；
[0151]
根據權重值執行邊摺疊：根據邊摺疊權重值對每個三角面邊的摺疊順序進行重新排序並摺疊生成重組後的三角面；
[0152]
對紋理坐標進行重新分配：對重組後的三角面的紋理坐標進行更新配置。
[0153]
如圖5所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述對三角面進行篩選並刪除的步驟為：
[0154]
篩選內角小於極值的三角面：利用三角函數餘弦公式和重組後的三角面的頂點坐標運算出各個內角，篩選出內角小於極值的三角面；
[0155]
篩選最短邊投影像素值小於1的三角面：利用三角函數餘弦公式運算得到已篩選出內角小於極值的三角面的最短邊的邊長，運算獲得投影至場景平面的像素值小於1的三角面；其中所述運算公式為：
[0156][0157]
式中：
[0158]
e代表最短邊的邊長；
[0159]
p
edge
代表最短邊投影至場景平面的像素值；
[0160]hsc
代表場景所處的屏幕高度；
[0161]
fovy代表場景中視椎體的縱向夾角
[0162]
對篩選結果進行刪除：對篩選獲得的三角面進行刪除。
[0163]
如圖6所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述計算三角點聚合閾值的具體步驟為：
[0164]
計算模型包圍盒半徑：根據切片中模型坐標的最大值與模型坐標的最小值運算切片包圍盒半徑；其中所述運算公式為：
[0165][0166]
式中：
[0167]
r代表運算得到的包圍盒半徑；
[0168]
x
min
、y
min
、z
min
代表切片中模型頂點坐標值中的最小值；
[0169]
x
max
、y
max
、z
max
代表切片中模型頂點坐標值中的最大值；
[0170]
根據半徑計算聚合閾值：根據得到的切片包圍盒半徑運算獲得切片聚合閾值；其中所述運算公式為：
[0171][0172]
式中：
[0173]
t代表運算獲得的切片聚合閾值；
[0174]
r代表包圍盒半徑；
[0175]
n代表簡化程度。
[0176]
如圖7所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述多尺度紋理簡化的具體步驟為；
[0177]
對紋理簡化尺度係數進行運算：提取切片中模型紋理圖片對應的三角面集合，計算每個紋理圖片對應的三角面面積值總和，將運算獲得的面積值總和進行分段統計運算，進一步根據分段統計結果運算對應紋理簡化係數，同時生成紋理簡化信息字典；
[0178]
依據紋理簡化係數對各個紋理進行簡化：遍歷單一切片中模型的紋理圖片，通過紋理簡化信息字典對各個紋理圖片進行多尺度的簡化。
[0179]
如圖8所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述對紋理簡化尺度係數進行運算的具體步驟為：
[0180]
提取紋理使用三角面集合：提取切片中模型的紋理圖片，篩選出各個紋理圖片對應的三角面，得到各個紋理圖片使用的三角面集合；
[0181]
對三角面集合分段統計，生成紋理簡化信息字典：將各個紋理圖片使用的三角面集合面積值加和(公式1)，將運算獲得的面積值總和進行分段統計運算(公式2)，根據分段統計結果運算對應紋理簡化係數，生成紋理簡化信息字典(公式3)；
[0182]
其中所述加和運算公式1為：
[0183][0184]
式中：
[0185]sp
代表每個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和；
[0186]
si代表每個紋理圖片對應的各個三角面集合的面積值；
[0187]
其中所述運算公式2為；
[0188][0189]
式中：
[0190]
proj代表第j個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和的分段統計運算結果；
[0191]
sj和分別代表第j個紋理圖片和所有紋理圖片對應的三角面集合面積值的總和；
[0192]
其中所述運算公式3為；
[0193][0194]
式中：
[0195]rj
代表第j個紋理圖片對應的紋理簡化係數；
[0196]
proj代表第j個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和的分段統計結果；
[0197]
如圖9所示，一種空間數據模型切片的多級簡化方法，所述基於規則模板進行合併的具體步驟為：
[0198]
獲取模型紋理層數信息：讀取切片中模型的材質信息，從材質信息中獲取紋理層數信息；
[0199]
對紋理進行分組：根據紋理層數信息生成與之相互對應數量的紋理合併模板，將切片中模型包含的紋理圖片按照紋理層數進行分組，獲得多個不同層級的紋理組群；
[0200]
分配各組內的紋理至模板窗口：遍歷各層級紋理組群，將各個紋理組群中的紋理圖片分配至對應模板窗口中指定的位置中；
[0201]
計算紋理還原信息：根據各個紋理圖片在模板窗口中指定的位置生成紋理還原信息；
[0202]
綁定紋理還原信息至模型坐標：將生成的紋理還原信息綁定至模型的紋理坐標中；
[0203]
根據模板生成新紋理：將各個模板窗口進行融合，使每個模板窗口生成一張新的紋理圖片，並將新生成的紋理圖片、新生成的紋理圖片和原紋理圖片的映射關係均進行保存；
[0204]
替換模型紋理：依據新生成的紋理圖片與原紋理圖片的映射關係對切片中模型材質信息中的紋理信息進行更新，去除原紋理圖片，獲得替換後的模型紋理。
[0205]
具體實施案例中所述指定範圍內的可視距離為：500m。
[0206]
下面以一個具體實施案例來詳細闡述。
[0207]
本方法對空間數據模型切片進行處理。採用本方法可以對給定的建築數據模型切片進行多級簡化，產生在多級定量可視距離下的多級簡化效果，並可以保持模型特徵，提升切片在場景中的調度渲染速度。
[0208]
首先，進行自適應幾何結構簡化。讀取建築模型頂點坐標信息，根據500m可視距離和建築模型特點計算自適應簡化參數，對切片中建築模型進行多層次簡化，根據計算得到的自適應邊摺疊參數對三角面進行邊摺疊簡化並對紋理坐標進行重新分配，在邊摺疊簡化的結果上根據計算得到的自適應面刪除參數進行面刪除簡化，在面刪除簡化結果的基礎上根據計算得到的自適應點聚合參數對建築模型三角點進行聚合簡化。
[0209]
其次，進行多尺度紋理簡化。從經過自適應幾何簡化的切片中的建築模型中提取紋理圖片，運算各個紋理對應的紋理簡化係數，生成紋理簡化信息字典，通過紋理簡化信息字典對各個紋理圖片進行多尺度的簡化；
[0210]
最後，基於規則模板進行合併。讀取切片中建築模型的紋理層數信息,對紋理圖片進行分組，生成紋理組群，生成各組對應的規則模板，將紋理組群內的紋理分配至模板窗口，計算紋理還原信息並綁定至建築模型紋理坐標中，融合模板內的紋理圖片生成新的紋理圖片，替換建築模型中的紋理圖片，獲得合併後的建築模型紋理。
[0211]
在具體實施案例中所述自適應幾何結構簡化的步驟具體可為：
[0212]
1、讀取模型幾何結構信息：批量對建築模型幾何結構中的法線坐標、頂點坐標、紋理坐標信息進行讀取；
[0213]
2、篩選邊摺疊三角面：根據頂點坐標中的坐標值通過公式運算出每個三角面的面積值，進一步根據公式計算出每個三角面投影像素值，對投影像素值＜1的三角面進行標記等待處理，對三角面投影像素值≥1的三角面進行保留；
[0214]
3、對三角面的邊進行摺疊簡化：將每個具有標識的三角面參與運算獲得邊摺疊的二次誤差值後通過運算獲得邊摺疊權重值並對三角面的邊進行摺疊，生成新的三角面並更新頂點坐標；
[0215]
4、對三角面進行篩選並刪除：在重組後的三角面中篩選內角小於極值的三角面，在角度篩選的基礎上進一步篩選獲得最短邊投影像素值小於1的三角面，對篩選獲得的三角面進行刪除；
[0216]
5、計算三角點聚合閾值：根據切片中建築模型坐標的最大值與建築模型坐標的最小值運算切片包圍盒半徑，再根據得到的切片包圍盒半徑運算獲得切片聚合閾值；
[0217]
6、對模型三角點進行聚合：將切片所在的空間以切片聚合閾值為邊長劃分成等同體積的立方體，對每個立方體中的建築模型頂點進行頂點聚合，刪除冗餘紋理。
[0218]
在具體實施案例中所述篩選邊摺疊三角面的步驟具體可為：
[0219]
(1)計算定量可視距離下各三角面投影至場景平面像素值：根據頂點坐標中的坐標值通過公式運算出每個三角面的面積值，其中運算公式為：
[0220][0221]
式中：
[0222]s△
代表三角面面積；
[0223]
x1、y1、z1代表三角面第一個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0224]
x2，y2，z2代表三角面第二個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0225]
x3，y3，z3代表三角面第三個頂點的頂點坐標的坐標值；
[0226]
通過三角面的面積值與500m可視距離通過運算公式獲得投影像素值，其中運算公式為：
[0227][0228]
式中：
[0229]
p
△
代表三角面投影像素值；
[0230]s△
代表三角面的面積值；
[0231]
d代表500m可視距離；
[0232]hsc
代表場景所處的屏幕高度；
[0233]
fovy代表場景中視椎體的縱向夾角；
[0234]
(2)篩選三角面投影像素值＜1的三角面：根據運算後獲得的投影像素值對建築模型中各個三角面進行篩選，當判定其三角面投影像素值＜1時，對其三角面賦予標識並等待進一步處理，當判定其三角面投影像素值≥1時，對其三角面進行保留。
[0235]
在具體實施案例中所述對三角面的邊進行摺疊簡化的步驟具體可為：
[0236]
(1)對邊摺疊進行二次誤差運算：通過具有標識的三角面的頂點坐標和所處的平面運算獲得邊摺疊的二次誤差值，其中所述運算公式為：
[0237][0238]
式中：
[0239]
x、y、z為三角面邊的中點坐標值；
[0240]
a、b、c、d代表該邊所屬平面ax+by+cz+d＝0的平面方程各項係數；
[0241]
e代表邊摺疊的二次誤差值；
[0242]
(2)對摺疊權重值進行運算：依據運算獲得的邊摺疊的二次誤差值計算邊摺疊權重值；其中所述運算公式為：
[0243][0244]
式中：
[0245]
e代表邊摺疊的二次誤差值；
[0246]
p代表邊摺疊權重值；
[0247]
(3)根據權重值執行邊摺疊：根據邊摺疊權重值對每個三角面邊的摺疊順序進行重新排序並摺疊生成重組後的三角面；
[0248]
(4)對紋理坐標進行重新分配：對重組後的三角面的紋理坐標進行更新配置。
[0249]
在具體實施案例中所述對三角面進行篩選並刪除的步驟具體可為：
[0250]
(1)篩選內角小於極值的三角面：利用三角函數餘弦公式和重組後的三角面的頂點坐標運算出各個內角，篩選出內角小於極值的三角面；
[0251]
(2)篩選最短邊投影像素值小於1的三角面：利用三角函數餘弦公式運算得到已篩選出內角小於極值的三角面的最短邊的邊長，運算獲得投影至場景平面的像素值小於1的三角面；其中所述運算公式為：
[0252][0253]
式中：
[0254]
e代表最短邊的邊長；
[0255]
p
edge
代表最短邊投影至場景平面的像素值；
[0256]hsc
代表場景所處的屏幕高度；
[0257]
fovy代表場景中視椎體的縱向夾角
[0258]
(3)對篩選結果進行刪除：對篩選獲得的三角面進行刪除。
[0259]
在具體實施案例中所述計算三角點聚合閾值的步驟具體可為：
[0260]
(1)計算模型包圍盒半徑：根據切片中建築模型坐標的最大值與建築模型坐標的最小值運算切片包圍盒半徑；其中所述運算公式為：
[0261][0262]
式中：
[0263]
r代表運算得到的包圍盒半徑；
[0264]
x
min
、y
min
、z
min
代表切片中建築模型頂點坐標值中的最小值；
[0265]
x
max
、y
max
、z
max
代表切片中建築模型頂點坐標值中的最大值；
[0266]
(2)根據半徑計算聚合閾值：根據得到的切片包圍盒半徑運算獲得切片聚合閾值；其中所述運算公式為：
[0267][0268]
式中：
[0269]
t代表運算獲得的切片聚合閾值；
[0270]
r代表包圍盒半徑；
[0271]
n代表簡化程度。
[0272]
在具體實施案例中所述多尺度紋理簡化的步驟具體可為；
[0273]
1、對紋理簡化尺度係數進行運算：提取切片中建築模型紋理圖片對應的三角面集合，計算每個紋理圖片對應的三角面面積值總和，將運算獲得的面積值總和進行分段統計運算，進一步根據分段統計結果運算對應紋理簡化係數，同時生成紋理簡化信息字典；
[0274]
2、依據紋理簡化係數對各個紋理進行簡化：遍歷單一切片中建築模型的紋理圖片，通過紋理簡化信息字典對各個紋理圖片進行多尺度的簡化。
[0275]
在具體實施案例中所述對紋理簡化尺度係數進行運算的步驟具體可為：
[0276]
(1)提取紋理使用三角面集合：提取切片中建築模型的紋理圖片，篩選出各個紋理圖片對應的三角面，得到各個紋理圖片使用的三角面集合；
[0277]
(2)對三角面集合分段統計，生成紋理簡化信息字典：將各個紋理圖片使用的三角面集合面積值加和(公式1)，將運算獲得的面積值總和進行分段統計運算(公式2)，根據分段統計結果運算對應紋理簡化係數，生成紋理簡化信息字典(公式3)；
[0278]
其中所述加和運算公式1為：
[0279][0280]
式中：
[0281]sp
代表每個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和；
[0282]
si代表每個紋理圖片對應的各個三角面集合的面積值；
[0283]
其中所述運算公式2為；
[0284][0285]
式中：
[0286]
proj代表第j個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和的分段統計運算結果；
[0287]
sj和分別代表第j個紋理圖片和所有紋理圖片對應的三角面集合面積值的總和；
[0288]
其中所述運算公式3為；
[0289][0290]
式中：
[0291]rj
代表第j個紋理圖片對應的紋理簡化係數；
[0292]
proj代表第j個紋理圖片對應的三角面集合面積值總和的分段統計結果；
[0293]
在具體實施案例中所述基於規則模板進行合併的步驟具體可為：
[0294]
1、獲取模型紋理層數信息：讀取切片中建築模型的材質信息，從材質信息中獲取紋理層數信息；
[0295]
2、對紋理進行分組：根據紋理層數信息生成與之相互對應數量的紋理合併模板，將切片中建築模型包含的紋理圖片按照紋理層數進行分組，獲得多個不同層級的紋理組群；
[0296]
3、分配各組內的紋理至模板窗口：遍歷各層級紋理組群，將各個紋理組群中的紋理圖片分配至對應模板窗口中指定的位置中；
[0297]
4、計算紋理還原信息：根據各個紋理圖片在模板窗口中指定的位置生成紋理還原信息；
[0298]
5、綁定紋理還原信息至模型坐標：將生成的紋理還原信息綁定至建築模型的紋理坐標中；
[0299]
6、根據模板生成新紋理：將各個模板窗口進行融合，使每個模板窗口生成一張新的紋理圖片，並將新生成的紋理圖片、新生成的紋理圖片和原紋理圖片的映射關係均進行保存；
[0300]
7、替換模型紋理：依據新生成的紋理圖片與原紋理圖片的映射關係對切片中建築模型材質信息中的紋理信息進行更新，去除原紋理圖片，獲得替換後的建築模型紋理。
[0301]
前述的方法描述和流程示意圖僅被提供作為示例性的示例且其不意在需要或隱含必須以所給出的順序執行上述操作或各個方面的步驟。如本領域的技術人員將明白的，可以以任何順序來執行在前述方面中的框的順序。諸如「其後」、「然後」、「接下來」等之類的詞並不意在限制操作或步驟的順序；這些詞僅用於引導讀者遍歷對方法的描述。此外，任何對權利要求元素的單數引用，例如，使用冠詞「一」、「一個」或「該」不被解釋為將該元素限制為單數。
[0302]
結合本文中公開的方面描述的各種說明性的邏輯框、模塊、電路和算法步驟均可以實現成電子硬體、計算機軟體或其組合。為了清楚地表示硬體和軟體之間的可交換性，上文對各種說明性的組件、框、模塊、電路和步驟均圍繞其功能進行了總體描述。至於這種功能是實現成硬體還是實現成軟體，取決於特定的應用和對整個方法所施加的設計約束。熟練的技術人員可以針對每個特定的應用，以變通的方式來實現所描述的功能，但是，這種實現決策不應被解釋為引起脫離本發明的保護範圍。
[0303]
本發明實施例中的方法能夠根據定量可視距離和模型特點計算自適應簡化參數，能夠大幅度減少模型幾何結構信息；多尺度紋理簡化可以對切片中模型紋理進行不同尺度的簡化，更大程度的對紋理大小進行了縮減；基於規則模板的紋理合併可以減少紋理的數量、保證紋理大小一致，提升渲染速度，同時在紋理合併過程中保存了紋理的還原信息，在渲染時可以將紋理圖片中的各個部分抽取還原，避免了重複紋理變形的現象。本方法不僅可以使切片中模型能夠在多級定量可視距離下產生多級簡化效果並保持模型特徵，而且可以降低切片數據量，提升切片在場景中的調度渲染速度。
[0304]
提供所公開的方面的前述描述，以使本領域的任何技術人員能夠實現或使用本發明。對於本領域技術人員來說，對這些方面的各種修改將是顯而易見的，並且本文定義的總體原理也可以在不脫離本發明的精神和保護範圍的情況下應用於其它實施例。因此，本發明不旨在受限於本文給出的方面，而是與符合與本文公開的原理和新穎特徵相一致的最寬
的範圍。