一種城市三維場景數(shù)據(jù)的室內外一體化組織方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市三維場景數(shù)據(jù)的室內外一體化組織方法，首先對室內三維模型數(shù)據(jù)提取Entity、Region以及Portal三種類別的對象數(shù)據(jù)，然后對這三種類別的數(shù)據(jù)進行“Region-Entity”關聯(lián)和“Region-Portal”關聯(lián)，最終形成完整的“Entity-Region-Portal”組織形式的室內三維場景數(shù)據(jù)組織結構。然后根據(jù)建筑物模型所在地理位置，關聯(lián)以四叉樹形式組織的室外三維場景數(shù)據(jù)中對應的葉子節(jié)點數(shù)據(jù)，將該葉子節(jié)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(xiàn)室內外三維場景數(shù)據(jù)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、減少了每幀實時繪制和動態(tài)加載的數(shù)據(jù)量，能顯著提高系統(tǒng)三維渲染效率。
【專利說明】一種城市三維場景數(shù)據(jù)的室內外一體化組織方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機應用領域，主要涉及一種城市三維場景數(shù)據(jù)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于實用化，基于城市三維模型的大范圍室外漫游逐步向室內外一體化漫游方向發(fā)展，有必要對室內外三維場景數(shù)據(jù)進行一體化的組織，以符合室內外可視化過程中整體數(shù)據(jù)調度的要求，達到高效實時三維可視化。
[0004]目前，室外場景數(shù)據(jù)主要采用基于四叉樹的組織技術，室內采用基于BSP樹分塊的組織技術。由于室內外場景數(shù)據(jù)可視化組織方式不同，在室內外場景漫游切換的過程中，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(shù)據(jù)更新和坐標系統(tǒng)轉換，嚴重影響了三維可視化的效率。室內外場景數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可視化動態(tài)調度的要求。
[0005]
【發(fā)明內容】

[0006]為了解決上述的技術問題，本發(fā)明提供了一種將建筑內部的三維模型數(shù)據(jù)一又稱為室內三維場景數(shù)據(jù)、建筑外面的三維模型數(shù)據(jù)——又稱為室外三維場景數(shù)據(jù)以及它們之間的關聯(lián)關系進行整體描述和表達的方法，實現(xiàn)一體化組織室內外三維場景數(shù)據(jù)。
[0007]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種城市三維場景數(shù)據(jù)的室內外一體化組織方法，其特征在于，
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(qū)域，表示諸如房間、走廊、大廳類根據(jù)從屬關系基于語義劃分的空間范圍以及其包含的模型單體的集合，屬于室內空間范圍的Region稱為Inner_Region,屬于室外空間范圍的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(lián)的Portal都至少有一個與之關聯(lián)的0ut_Region和Inner_Region,每一個Portal至少有兩個Region與之關聯(lián)；
基于上述定義，本發(fā)明的方法包括以下步驟:
步驟1:室內三維場景數(shù)據(jù)組織，其具體實現(xiàn)是根據(jù)室內三維模型數(shù)據(jù)基于語義信息進行 Entity 提取、Portal 提取、Region 分割、Entity-Region 關聯(lián)以及 Region-Portal 關聯(lián)，形成“Entity-Region-Portal”的組織形式；其中，所述的室內三維模型數(shù)據(jù)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(lián)；每一個與室外空間語義關聯(lián)的Portal都至少有一個與之關聯(lián)的Out_Region和Inner_Region ；
步驟2:室外三維場景數(shù)據(jù)組織；
步驟3:室內外三維場景數(shù)據(jù)關聯(lián)，其具體實現(xiàn)是將室外三維場景數(shù)據(jù)中四叉樹葉子節(jié)點中的場景數(shù)據(jù)與每一個0ut_RegiOn進行對應，建立起室內外三維場景數(shù)據(jù)的關聯(lián)關系，對應的葉子節(jié)點中的室外場景區(qū)域數(shù)據(jù)融合到每一個Out_Region中，地形、影像、三維模型類數(shù)據(jù)轉化為Out_Region中的Entity, Out_Region與室內的Region通過Portal關聯(lián)。
[0008]作為優(yōu)選，步驟2中所述的室外三維場景數(shù)據(jù)組織，其具體實現(xiàn)是采用傳統(tǒng)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]相對于現(xiàn)有技術，本方法有效地實現(xiàn)了城市三維場景數(shù)據(jù)的室內外一體化組織，建立了室內外三維場景數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系，能夠滿足室內外場景一體化動態(tài)調度與繪制的要求?！癊ntity-Region-Portal”的組織方式可根據(jù)在Portal屬性中定義的區(qū)域間的連通性提高可視化繪制過程中的可見性判斷效率，并且可以作為場景數(shù)據(jù)預調度的依據(jù)，有利于提高復雜三維場景的可視化繪制效率。三維模型數(shù)據(jù)的組織依賴于基于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(fā)明的方法流程圖。
[0012]圖2:本發(fā)明實施例的方法示意圖。
[0013]圖3:本發(fā)明實施例的室內三維場景數(shù)據(jù)組織方法示意圖。
[0014]圖4:本發(fā)明實施例的室外三維場景數(shù)據(jù)組織方法示意圖。
[0015]圖5:本發(fā)明實施例的室內外三維場景數(shù)據(jù)關聯(lián)方法示意圖。
[0016]【具體實施方式】
[0017]為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結合附圖及實施例對本發(fā)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于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]請見圖1、圖2，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種城市三維場景數(shù)據(jù)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(qū)域，表示諸如房間、走廊、大廳類根據(jù)從屬關系基于語義劃分的空間范圍以及其包含的模型單體的集合，屬于室內空間范圍的Region稱為Inner_Region,屬于室外空間范圍的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(lián)的Portal (如門、窗戶等)都至少有一個與之關聯(lián)的0ut_Region和Inner_Region ;每一個Portal至少有兩個Region與之關聯(lián)；
基于上述定義，本發(fā)明的方法包括以下步驟: 步驟1:室內三維場景數(shù)據(jù)組織，其具體實現(xiàn)是根據(jù)室內三維模型數(shù)據(jù)基于語義信息進行 Entity 提取、Portal 提取、Region 分割、Entity-Region 關聯(lián)以及 Region-Portal 關聯(lián)，形成“Entity-Region-Portal”的組織形式；其中，所述的室內三維模型數(shù)據(jù)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(lián)；每一個與室外空間語義關聯(lián)的Portal (如門、窗戶等)都至少有一個與之關聯(lián)的Out_Region和Inner_Region ；請見圖3，根據(jù)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，并且將各Entity按照區(qū)域從屬關系按區(qū)域進行整合，建立Entity-Region結構，最后根據(jù)Portal對象與Region對象的關聯(lián)關系建立Region-Portal結構，形成Entity-Region-Portal的模型組織體系，根據(jù)語義信息，為對象、區(qū)域和入口三種類型數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)組織，請見圖4，其具體實現(xiàn)是采用傳統(tǒng)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(shù)據(jù)關聯(lián)，請見圖5，其具體實現(xiàn)是將室外三維場景數(shù)據(jù)中四叉樹葉子節(jié)點中的場景數(shù)據(jù)與0ut_Region進行對應，由此建立起室內外三維場景數(shù)據(jù)的關聯(lián)關系，對應的葉子節(jié)點中的室外場景區(qū)域數(shù)據(jù)融合到每一個0ut_Region中，地形、影像、三維模型類數(shù)據(jù)轉化為0ut_Region中的Entity,0ut_Region與室內的Region通過Portal關聯(lián)。
[0021]本實施例根據(jù)“Entity-Region-Portal”的組織方式,對室內三維模型數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)按最小的區(qū)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制對象作為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(qū)域的連通節(jié)點，稱為Portal對象，并根據(jù)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(jù)Region、Entity和Portal中包含的語義以及位置包含關系構建“Entity-Region”關聯(lián)和“Region-Portal”關聯(lián)，最終形成基于“Entity-Region-Portal”的室內三維場景數(shù)據(jù)組織體系。
[0022]其中“Entity-Region”關聯(lián)可根據(jù)對象的屬性信息(如:328_書柜)，或者根據(jù)其位置與區(qū)域范圍之間的空間位置判斷來建立。“Region-Portal”關聯(lián)則根據(jù)入口的語義信息(“328-門”)或者Portal與Region的空間位置包含關系來建立。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(shù)據(jù)關聯(lián),并同樣包含有與室內Region相連的Portal 對象。
[0023]為了提高繪制的效率，將室內場景的數(shù)據(jù)分為繪制數(shù)據(jù)與位置信息查詢數(shù)據(jù)。繪制數(shù)據(jù)即為包含材質、頂點和索引的基本三維模型數(shù)據(jù)；位置信息查詢數(shù)據(jù)則是三維模型數(shù)據(jù)的外包圍盒數(shù)據(jù)，位置查詢數(shù)據(jù)作為繪制時的數(shù)據(jù)查詢與調度的依據(jù)，并不進行顯示，其存儲了對應模型語義和位置等信息。繪制時，在得到場景需要繪制的所有對象的數(shù)據(jù)之后，對繪制部分數(shù)據(jù)進行整合處理，以提高渲染效率。
[0024]室外三維場景數(shù)據(jù)采用傳統(tǒng)的四叉樹組織方式進行組織。根據(jù)包含室內模型的建筑物所在的位置判斷得到包含此建筑物三維模型的四叉樹葉子節(jié)點，該葉子節(jié)點包含的室外三維場景數(shù)據(jù)即為室外區(qū)域(Out_Regi0n)需要關聯(lián)的Entity對象，并向室外區(qū)域中添加建筑物與室外相連的Portal對象，最后將處理完的室內外一體化組織后的三維模型數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，用于室內外一體化繪制。
[0025]應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內，本發(fā)明的請求保護范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(shù)據(jù)的室內外一體化組織方法，其特征在于， 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(qū)域，表示諸如房間、走廊、大廳類根據(jù)從屬關系基于語義劃分的空間范圍以及其包含的模型單體的集合，屬于室內空間范圍的Region稱為Inner_Region,屬于室外空間范圍的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(lián)的Portal都至少有一個與之關聯(lián)的Out_Region和Inner_Region,每一個Portal至少有兩個Region與之關聯(lián)； 基于上述定義，本發(fā)明的方法包括以下步驟: 步驟1:室內三維場景數(shù)據(jù)組織，其具體實現(xiàn)是根據(jù)室內三維模型數(shù)據(jù)基于語義信息進行 Entity 提取、Portal 提取、Region 分割、Entity-Region 關聯(lián)以及 Region-Portal 關聯(lián)，形成“Entity-Region-Portal”的組織形式；其中，所述的室內三維模型數(shù)據(jù)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(lián)；每一個與室外空間語義關聯(lián)的Portal都至少有一個與之關聯(lián)的Out_Region和Inner_Region ； 步驟2:室外三維場景數(shù)據(jù)組織； 步驟3:室內外三維場景數(shù)據(jù)關聯(lián)，其具體實現(xiàn)是將室外三維場景數(shù)據(jù)中四叉樹葉子節(jié)點中的場景數(shù)據(jù)與每一個0ut_RegiOn進行對應，建立起室內外三維場景數(shù)據(jù)的關聯(lián)關系，對應的葉子節(jié)點中的室外場景區(qū)域數(shù)據(jù)融合到每一個Out_Region中，地形、影像、三維模型類數(shù)據(jù)轉化為Out_Region中的Entity, Out_Region與室內的Region通過Portal關聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求1所述的城市三維場景數(shù)據(jù)的室內外一體化組織方法，其特征在于:步驟2中所述的室外三維場景數(shù)據(jù)組織，其具體實現(xiàn)是采用傳統(tǒng)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(yōu)先權日:2014年3月10日
【發(fā)明者】熊漢江, 戴雪峰, 朱澤洲, 郭勝 申請人:武漢大學