一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法
2023-05-05 04:14:51
一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法
【專利摘要】本發明公開了一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法，首先對室內三維模型數據提取Entity、Region以及Portal三種類別的對象數據，然後對這三種類別的數據進行「Region-Entity」關聯和「Region-Portal」關聯，最終形成完整的「Entity-Region-Portal」組織形式的室內三維場景數據組織結構。然後根據建築物模型所在地理位置，關聯以四叉樹形式組織的室外三維場景數據中對應的葉子節點數據，將該葉子節點處理為一個Region對象，與室內的Region通過對應的Portal對象相連，實現室內外三維場景數據的一體化組織。該方法在進行城市三維場景室內外一體可視化應用中保證了場景渲染的連貫性、減少了每幀實時繪製和動態加載的數據量，能顯著提高系統三維渲染效率。
【專利說明】一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於計算機應用領域，主要涉及一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]隨著智慧城市的建設和應用的不斷深入，室內導航與定位應用越來越趨於實用化，基於城市三維模型的大範圍室外漫遊逐步向室內外一體化漫遊方向發展，有必要對室內外三維場景數據進行一體化的組織，以符合室內外可視化過程中整體數據調度的要求，達到高效實時三維可視化。
[0004]目前，室外場景數據主要採用基於四叉樹的組織技術，室內採用基於BSP樹分塊的組織技術。由於室內外場景數據可視化組織方式不同，在室內外場景漫遊切換的過程中，缺乏有效的連貫性，往往需要重新構建三維渲染場景，包括渲染數據更新和坐標系統轉換，嚴重影響了三維可視化的效率。室內外場景數據一體化組織技術目前還不是很成熟，無法達到海量室內外三維場景數據可視化動態調度的要求。
[0005]
【發明內容】
[0006]為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種將建築內部的三維模型數據一又稱為室內三維場景數據、建築外面的三維模型數據——又稱為室外三維場景數據以及它們之間的關聯關係進行整體描述和表達的方法，實現一體化組織室內外三維場景數據。
[0007]本發明所採用的技術方案是:一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法，其特徵在於，
首先定義:
Entity:定義為對象,表示諸如桌子、椅子、計算機類相對獨立的三維模型單體；Region:定義為區域，表示諸如房間、走廊、大廳類根據從屬關係基於語義劃分的空間範圍以及其包含的模型單體的集合，屬於室內空間範圍的Region稱為Inner_Region,屬於室外空間範圍的Region稱為Outer_Region ；
Portal:定義為入口，表示Region之間的諸如房間與走廊通道之間的門、房間與室外之間的窗戶類連通對象，每一個與室外關聯的Portal都至少有一個與之關聯的0ut_Region和Inner_Region,每一個Portal至少有兩個Region與之關聯；
基於上述定義，本發明的方法包括以下步驟:
步驟1:室內三維場景數據組織，其具體實現是根據室內三維模型數據基於語義信息進行 Entity 提取、Portal 提取、Region 分割、Entity-Region 關聯以及 Region-Portal 關聯，形成「Entity-Region-Portal」的組織形式；其中，所述的室內三維模型數據包含幾何、語義、屬性和位置信息；每一個Portal至少有兩個Region與之關聯；每一個與室外空間語義關聯的Portal都至少有一個與之關聯的Out_Region和Inner_Region ；
步驟2:室外三維場景數據組織；
步驟3:室內外三維場景數據關聯，其具體實現是將室外三維場景數據中四叉樹葉子節點中的場景數據與每一個0ut_RegiOn進行對應，建立起室內外三維場景數據的關聯關係，對應的葉子節點中的室外場景區域數據融合到每一個Out_Region中，地形、影像、三維模型類數據轉化為Out_Region中的Entity, Out_Region與室內的Region通過Portal關聯。
[0008]作為優選，步驟2中所述的室外三維場景數據組織，其具體實現是採用傳統的四叉樹組織方式進行組織，其內容包括帶有影像的地形瓦片塊、三維模型和矢量對象。
[0009]相對於現有技術，本方法有效地實現了城市三維場景數據的室內外一體化組織，建立了室內外三維場景數據之間的關聯關係，能夠滿足室內外場景一體化動態調度與繪製的要求。「Entity-Region-Portal」的組織方式可根據在Portal屬性中定義的區域間的連通性提高可視化繪製過程中的可見性判斷效率，並且可以作為場景數據預調度的依據，有利於提高複雜三維場景的可視化繪製效率。三維模型數據的組織依賴於基於語義的三維建模方法，它要求三維模型對象必須具備相應的語義信息。
[0010]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1:本發明的方法流程圖。
[0012]圖2:本發明實施例的方法示意圖。
[0013]圖3:本發明實施例的室內三維場景數據組織方法示意圖。
[0014]圖4:本發明實施例的室外三維場景數據組織方法示意圖。
[0015]圖5:本發明實施例的室內外三維場景數據關聯方法示意圖。
[0016]【具體實施方式】
[0017]為了便於本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0018]請見圖1、圖2，本發明所採用的技術方案是:一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法，首先定義:
Entity:定義為對象,表示諸如桌子、椅子、計算機類相對獨立的三維模型單體；Region:定義為區域，表示諸如房間、走廊、大廳類根據從屬關係基於語義劃分的空間範圍以及其包含的模型單體的集合，屬於室內空間範圍的Region稱為Inner_Region,屬於室外空間範圍的Region稱為0uter_Region,
Portal:定義為入口，表示Region之間的諸如房間與走廊通道之間的門、房間與室外之間的窗戶類連通對象；每一個與室外關聯的Portal (如門、窗戶等)都至少有一個與之關聯的0ut_Region和Inner_Region ;每一個Portal至少有兩個Region與之關聯；
基於上述定義，本發明的方法包括以下步驟: 步驟1:室內三維場景數據組織，其具體實現是根據室內三維模型數據基於語義信息進行 Entity 提取、Portal 提取、Region 分割、Entity-Region 關聯以及 Region-Portal 關聯，形成「Entity-Region-Portal」的組織形式；其中，所述的室內三維模型數據包含幾何、語義、屬性和位置信息；每一個Portal至少有兩個Region與之關聯；每一個與室外空間語義關聯的Portal (如門、窗戶等)都至少有一個與之關聯的Out_Region和Inner_Region ；請見圖3，根據三維模型中的語義信息，可將模型中的門、窗等作為Portal提取出來，同時將模型中每個語義相對獨立的三維實體對象(如桌子、椅子等)作為Entity提取出來，並且將各Entity按照區域從屬關係按區域進行整合，建立Entity-Region結構，最後根據Portal對象與Region對象的關聯關係建立Region-Portal結構，形成Entity-Region-Portal的模型組織體系，根據語義信息，為對象、區域和入口三種類型數據添加屬性信息，例如Entity的名稱，Region的大小以及Portal的連通性屬性等。
[0019]步驟2:室外三維場景數據組織，請見圖4，其具體實現是採用傳統的四叉樹組織方式進行組織，其內容包括帶有影像的地形瓦片塊、三維模型和矢量對象。
[0020]步驟3:室內外三維場景數據關聯，請見圖5，其具體實現是將室外三維場景數據中四叉樹葉子節點中的場景數據與0ut_Region進行對應，由此建立起室內外三維場景數據的關聯關係，對應的葉子節點中的室外場景區域數據融合到每一個0ut_Region中，地形、影像、三維模型類數據轉化為0ut_Region中的Entity,0ut_Region與室內的Region通過Portal關聯。
[0021]本實施例根據「Entity-Region-Portal」的組織方式,對室內三維模型數據進行處理。讀取三維模型中的頂點、索引以及材質信息，對三維數據模型中包含的語義信息進行解析，將整體的室內三維模型數據按最小的區域進行分割，形成房間，走廊，大廳等Region對象；提取模型中帶語義信息的最小繪製對象作為Entity對象,每個Entity對應包含自己的幾何以及屬性信息；提取出門窗、門洞等模型對象作為室內區域的連通節點，稱為Portal對象，並根據其語義中包含的屬性信息提取其連通性信息(全連通，半連通，不連通)及Portal包含的方法(開、關)等。根據Region、Entity和Portal中包含的語義以及位置包含關係構建「Entity-Region」關聯和「Region-Portal」關聯，最終形成基於「Entity-Region-Portal」的室內三維場景數據組織體系。
[0022]其中「Entity-Region」關聯可根據對象的屬性信息(如:328_書櫃)，或者根據其位置與區域範圍之間的空間位置判斷來建立。「Region-Portal」關聯則根據入口的語義信息(「328-門」)或者Portal與Region的空間位置包含關係來建立。具有同一個Portal的Region即視為由這個Portal連通的相鄰Region。在多個Region中包含了一個特殊的室外Region,此Region與具體的局部室外場景數據關聯,並同樣包含有與室內Region相連的Portal 對象。
[0023]為了提高繪製的效率，將室內場景的數據分為繪製數據與位置信息查詢數據。繪製數據即為包含材質、頂點和索引的基本三維模型數據；位置信息查詢數據則是三維模型數據的外包圍盒數據，位置查詢數據作為繪製時的數據查詢與調度的依據，並不進行顯示，其存儲了對應模型語義和位置等信息。繪製時，在得到場景需要繪製的所有對象的數據之後，對繪製部分數據進行整合處理，以提高渲染效率。
[0024]室外三維場景數據採用傳統的四叉樹組織方式進行組織。根據包含室內模型的建築物所在的位置判斷得到包含此建築物三維模型的四叉樹葉子節點，該葉子節點包含的室外三維場景數據即為室外區域(Out_Regi0n)需要關聯的Entity對象，並向室外區域中添加建築物與室外相連的Portal對象，最後將處理完的室內外一體化組織後的三維模型數據存入資料庫，用於室內外一體化繪製。
[0025]應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，並不能因此而認為是對本發明專利保護範圍的限制，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明權利要求所保護的範圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發明的保護範圍之內，本發明的請求保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種城市三維場景數據的室內外一體化組織方法，其特徵在於， 首先定義: Entity:定義為對象,表示諸如桌子、椅子、計算機類相對獨立的三維模型單體；Region:定義為區域，表示諸如房間、走廊、大廳類根據從屬關係基於語義劃分的空間範圍以及其包含的模型單體的集合，屬於室內空間範圍的Region稱為Inner_Region,屬於室外空間範圍的Region稱為Outer_Region ； Portal:定義為入口，表示Region之間的諸如房間與走廊通道之間的門、房間與室外之間的窗戶類連通對象，每一個與室外關聯的Portal都至少有一個與之關聯的Out_Region和Inner_Region,每一個Portal至少有兩個Region與之關聯； 基於上述定義，本發明的方法包括以下步驟: 步驟1:室內三維場景數據組織，其具體實現是根據室內三維模型數據基於語義信息進行 Entity 提取、Portal 提取、Region 分割、Entity-Region 關聯以及 Region-Portal 關聯，形成「Entity-Region-Portal」的組織形式；其中，所述的室內三維模型數據包含幾何、語義、屬性和位置信息；每一個Portal至少有兩個Region與之關聯；每一個與室外空間語義關聯的Portal都至少有一個與之關聯的Out_Region和Inner_Region ； 步驟2:室外三維場景數據組織； 步驟3:室內外三維場景數據關聯，其具體實現是將室外三維場景數據中四叉樹葉子節點中的場景數據與每一個0ut_RegiOn進行對應，建立起室內外三維場景數據的關聯關係，對應的葉子節點中的室外場景區域數據融合到每一個Out_Region中，地形、影像、三維模型類數據轉化為Out_Region中的Entity, Out_Region與室內的Region通過Portal關聯。
2.根據權利要求1所述的城市三維場景數據的室內外一體化組織方法，其特徵在於:步驟2中所述的室外三維場景數據組織，其具體實現是採用傳統的四叉樹組織方式進行組織，其內容包括帶有影像的地形瓦片塊、三維模型和矢量對象。
【文檔編號】G06T17/00GK103824327SQ201410085589
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】熊漢江, 戴雪峰, 朱澤洲, 郭勝 申請人:武漢大學