專利名稱：一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維數(shù)字模型管理方法，特別是海量三維數(shù)字城市模型組織管理 方法。
背景技術(shù)：
目前，三維數(shù)字城市在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理中發(fā)揮著越來越大的作用，三維數(shù)字 城市建設(shè)也在各大中城市逐步開展起來。為真實再現(xiàn)城市建設(shè)的現(xiàn)狀和未來，需要通過測 繪的手段采集城市建筑物、地表面、道路、橋梁、路燈、路牌等城市建筑物、構(gòu)筑物以及景觀 的位置、尺寸數(shù)據(jù)，結(jié)合采集的現(xiàn)狀，使用三維數(shù)字模擬的方式制作真實模型，這將產(chǎn)生海 量的三維數(shù)字成果數(shù)據(jù)。為充分發(fā)揮三維數(shù)字模型在城市規(guī)劃建設(shè)和管理中應用，需要建立一種快速加 載、顯示和更新三維數(shù)據(jù)的管理方法。目前的三維數(shù)字模型大多采用獨立模型、街道分界線 的范圍或任意幾何范圍作為獨立的制作單元進行數(shù)據(jù)制作和組織，但是這種方式存在如下 的問題①獨立模型方式進行數(shù)據(jù)組織和管理時，所需要存儲索引的數(shù)量過多，會造成數(shù) 據(jù)調(diào)度和顯示時需要進行很大的數(shù)據(jù)比較和運算，會導致數(shù)據(jù)加載、調(diào)度顯示時效率太低。 這種模式不適應大范圍數(shù)字城市建設(shè)的需要。②街道分片的模式由于邊界線的不規(guī)則性，在空間查詢分析時導致計算量增大， 特別是在歷史數(shù)據(jù)的更新時由于邊界的不一致性，導致不同年份數(shù)據(jù)的統(tǒng)一組織、數(shù)據(jù)的 更新存在數(shù)據(jù)的不一致性問題。這在大城市特別是快速發(fā)展的城市建設(shè)三維數(shù)字城市時問 題尤其突出。③傳統(tǒng)的四叉樹以目標區(qū)域的空間范圍進行四叉樹的分解，這種形式對于原始數(shù) 據(jù)的組織、后期數(shù)據(jù)的更新都無法確保數(shù)據(jù)的一致性。因此，怎樣為海量三維數(shù)字城市模型數(shù)據(jù)的制作、組織、管理和應用提供高效的索 引計算，方便歷史數(shù)據(jù)的更新與存儲，提高數(shù)據(jù)的加載更新和效率，是目前三維數(shù)字城市建 設(shè)和管理中極待解決的問題。
三、發(fā)明的內(nèi)容為了克服現(xiàn)有數(shù)據(jù)組織管理模式的存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種海量三 維數(shù)字城市模型組織管理方法，提高數(shù)據(jù)的加載與顯示效率，方便后期歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)一更 新與維護。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的①按照城市大比例尺地形圖分幅范圍，以圖幅為單 元進行原始數(shù)據(jù)的制作、更新與歸檔；②按照四叉樹分塊的方式對城市范圍進行數(shù)據(jù)塊劃 分，并使所有數(shù)據(jù)塊文件小于一定的閾值；③建立空間四叉樹的數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的 組織和管理，每一個節(jié)點記錄包含該節(jié)點的外接立方體；④按照四叉樹方式快速索引三維 空間數(shù)據(jù)節(jié)點，判斷節(jié)點立方體是否滿足當前視角和距離的顯示要求。具體實現(xiàn)方法如下。
按照每幅圖作為一個數(shù)據(jù)單元，對該單幅圖內(nèi)的所有數(shù)據(jù)組織為一個數(shù)據(jù)文件進 行存儲與管理，并建立原始數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)目錄表，標明數(shù)據(jù)的存儲位置、制作時間、上一版 本數(shù)據(jù)索引。數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫時，根據(jù)圖幅范圍按照四叉樹方法進行等分切割，切割后分成的 數(shù)據(jù)塊文件大小若小于給定的閾值(15兆比特)，則該數(shù)據(jù)塊文件為最終的入庫數(shù)據(jù)文件； 若數(shù)據(jù)文件大小大于域值，則按照四叉樹方法對該數(shù)據(jù)塊文件繼續(xù)切割，直到所有的數(shù)據(jù) 文件大小均在給定的閾值范圍以內(nèi)。在內(nèi)存中建立四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表，以城市基礎(chǔ)地形分幅范圍為基礎(chǔ)，對整個城市 區(qū)域進行四叉樹方法進行劃分，每一個節(jié)點記錄其四至坐標？0(勸，70)-> 1(11，71)和最 低點Zmin值、最高點Zmax值。若某個節(jié)點僅含有一個分塊切割后的數(shù)據(jù)文件時，則記錄該數(shù) 據(jù)塊文件的數(shù)據(jù)庫位置；若某個節(jié)點范圍內(nèi)含有多個數(shù)據(jù)文件時，則繼續(xù)進行四叉樹結(jié)構(gòu) 的劃分，直至其子節(jié)點僅含有一個數(shù)據(jù)文件為止。在三維場景顯示時，按照當前視點的位置P(x，y，z)、視線方向d(h，p，r)和視角范 圍β以及顯示范圍Dist，按照四叉樹結(jié)構(gòu)遍歷計算各數(shù)據(jù)塊文件是否在當前視線范圍之 內(nèi)；當某數(shù)據(jù)在當前顯示范圍時，則判斷數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)加載，如未加載，則通過數(shù)據(jù)加載 程序讀入到當前場景數(shù)據(jù)文件中；如已經(jīng)加載，則僅進行顯示；當某數(shù)據(jù)文件不在當前場 景顯示范圍時，則需要導入到回收站中，已備數(shù)據(jù)刪除。數(shù)據(jù)的切割和編碼以及四叉樹的更新方式是采用自動化工具完成的。本項發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有以下優(yōu)點①數(shù)據(jù)加載效率快，采用四叉樹結(jié)構(gòu)建立了立體空間數(shù)據(jù)的索引方式，在數(shù)據(jù)加 載項計算時減少了空間查詢和分析的計算量。②確保了數(shù)據(jù)的一致性，采用標準圖幅法進行管理，在數(shù)據(jù)變化時以圖幅為最小 單元進行修改，保證了數(shù)據(jù)前后的一致性，可以有效地避免數(shù)據(jù)更新邊界的不一致性。③避免按照任意邊界進行最小單元在數(shù)據(jù)文件存儲、歸檔方面的復雜性，使得數(shù) 據(jù)組織、管理方面更加有序。
具體實施例方式一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法，可以有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織管理、維護 和海量三維數(shù)據(jù)的使用，保證數(shù)據(jù)更新的一致性，具體的實施方式是按照城市大比例尺地形圖分幅范圍，以每一幅作為數(shù)據(jù)制作、存儲和歸檔以及后 期的更新單元。數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫時，以數(shù)據(jù)范圍進行四叉樹分塊，并使所有數(shù)據(jù)塊文件小 于一定的閾值；在內(nèi)存中，建立空間四叉樹的數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)，每一個節(jié)點記錄包含該節(jié)點的 外接立方體；在三維數(shù)據(jù)場景顯示時，可以通過四叉樹的節(jié)點索引方式快速判斷節(jié)點的立 方體是否滿足當前視角和距離的顯示要求。當原始數(shù)據(jù)制作、更新與歸檔以及更新時，將對該單幅圖內(nèi)的所有數(shù)據(jù)組織為一 個數(shù)據(jù)文件進行存儲與管理，并建立原始數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)目錄表，標明數(shù)據(jù)的存儲位置、制作 時間、上一版本數(shù)據(jù)索引。當數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫時，根據(jù)圖幅范圍按照四叉樹方法進行等分切割，切割后分成 的數(shù)據(jù)塊文件大小若小于給定的閾值(15兆比特)，則該數(shù)據(jù)塊文件為最終的入庫數(shù)據(jù)文件；若數(shù)據(jù)文件大小大于域值，則按照四叉樹方法對該數(shù)據(jù)塊文件繼續(xù)切割，直到所有的數(shù) 據(jù)文件大小均在給定的閾值范圍以內(nèi)。在內(nèi)存中建立四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表，以城市基礎(chǔ)地形分幅范圍為基礎(chǔ)，對整個城市 區(qū)域進行四叉樹方法進行劃分，每一個節(jié)點記錄其四至坐標？0(勸，70)-> 1(11，71)和最 低點Zmin值、最高點Zmax值。若某個節(jié)點僅含有一個分塊切割后的數(shù)據(jù)文件時，則記錄該數(shù) 據(jù)塊文件的數(shù)據(jù)庫位置；若某個節(jié)點范圍內(nèi)含有多個數(shù)據(jù)文件時，則繼續(xù)進行四叉樹結(jié)構(gòu) 的劃分，直至其子節(jié)點僅含有一個數(shù)據(jù)文件為止。在三維場景顯示時，按照當前視點的位置P(x，y，z)、視線方向d(h，p，r)和視角范 圍β以及顯示范圍Dist，按照四叉樹結(jié)構(gòu)遍歷計算各數(shù)據(jù)塊文件是否在當前視線范圍之 內(nèi)。當某數(shù)據(jù)在當前顯示范圍時，則判斷數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)加載，如未加載，則通過數(shù)據(jù)加載 程序讀入到當前場景數(shù)據(jù)文件中；如已經(jīng)加載，則僅進行顯示。當某數(shù)據(jù)文件不在當前場景 顯示范圍時，則需要導入到回收站中，已備數(shù)據(jù)刪除。數(shù)據(jù)的切割和編碼以及四叉樹的更新方式是采用自動化工具完成的。
權(quán)利要求
一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法，其特征是①按照城市大比例尺地形圖分幅范圍，以圖幅為單元進行原始數(shù)據(jù)的制作、更新與歸檔；②按照四叉樹分塊的方式對城市范圍進行數(shù)據(jù)塊劃分，并使所有數(shù)據(jù)塊文件小于一定的閾值；③建立空間四叉樹的數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的組織和管理，每一個節(jié)點記錄包含該節(jié)點的外接立方體；④按照四叉樹方式快速索引三維空間數(shù)據(jù)節(jié)點，判斷節(jié)點立方體是否滿足當前視角和距離的顯示要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法，其特征是其中 以圖幅為單元進行原始數(shù)據(jù)的制作、更新與歸檔方法如下按照每幅圖作為一個數(shù)據(jù)單元， 對該單幅圖內(nèi)的所有數(shù)據(jù)組織為一個數(shù)據(jù)文件進行存儲與管理，并建立原始數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù) 目錄表，標明數(shù)據(jù)的存儲位置、制作時間、上一版本數(shù)據(jù)索引。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法，其特征是其中 按照四叉樹分塊的方式對城市范圍進行數(shù)據(jù)塊劃分方法如下數(shù)據(jù)導入時，根據(jù)圖幅范圍 按照四叉樹方法進行等分切割，切割后分成的數(shù)據(jù)塊文件大小若小于給定的閾值(15兆比 特)，則該數(shù)據(jù)塊文件為最終的入庫數(shù)據(jù)文件；若數(shù)據(jù)文件大小大于域值，則按照四叉樹方 法對該數(shù)據(jù)塊文件繼續(xù)切割，直到所有的數(shù)據(jù)文件大小均在給定的閾值范圍以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法，其特征是建立 四叉樹的數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的組織和管理方法如下在內(nèi)存中建立四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 表，以城市基礎(chǔ)地形分幅范圍為基礎(chǔ)，對整個城市區(qū)域采用四叉樹方法進行劃分，每一個節(jié) 點記錄其四至坐標P0(x0，y0)- > PKxLyl)和最低點Zmin值、最高點Zmax值。若某個節(jié)點 僅含有一個分塊切割后的數(shù)據(jù)文件時，則記錄該數(shù)據(jù)塊文件的數(shù)據(jù)庫位置；若某個節(jié)點范 圍內(nèi)含有多個數(shù)據(jù)文件時，則繼續(xù)進行四叉樹結(jié)構(gòu)的劃分，直至其子節(jié)點僅含有一個數(shù)據(jù) 文件為止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法，其特征是按照 四叉樹的快速空間索引分析三維空間數(shù)據(jù)節(jié)點方法如下在三維場景顯示時，按照當前視 點的位置P(x，y，z)、視線方向d(h，p，r)和視角范圍β以及顯示范圍Dist，按照四叉樹結(jié) 構(gòu)遍歷計算各數(shù)據(jù)塊文件是否在當前視線范圍之內(nèi)；當某數(shù)據(jù)在當前顯示范圍時，則判斷 數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)加載，如未加載，則通過數(shù)據(jù)加載程序讀入到當前場景數(shù)據(jù)文件中；如已經(jīng) 加載，則僅進行顯示；當某數(shù)據(jù)文件不在當前場景顯示范圍時，則需要導入到回收站中，已 備數(shù)據(jù)刪除。數(shù)據(jù)的切割和編碼以及四叉樹的更新方式是采用自動化工具完成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海量三維數(shù)字城市模型組織管理方法。按照城市大比例尺地形圖分幅范圍，以每一幅作為數(shù)據(jù)制作、存儲和歸檔以及后期的更新單元；數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)庫時，以數(shù)據(jù)范圍進行四叉樹分塊，并使所有數(shù)據(jù)塊文件小于一定的閾值；建立空間四叉樹的數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)，每一個節(jié)點記錄包含該節(jié)點的外接立方體；在三維數(shù)據(jù)場景顯示時，可以通過四叉樹的節(jié)點索引方式快速判斷節(jié)點的立方體是否滿足當前視角和距離的顯示要求，從而確保數(shù)據(jù)的一致性，便于數(shù)據(jù)更新與維護，提高了數(shù)據(jù)加載與顯示的效率。
文檔編號G06F17/30GK101957838SQ20101027924
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者王力, 程良勇, 竇華成, 鄧世軍 申請人:天津市星際空間地理信息工程有限公司