本發(fā)明涉及三維可視化仿真
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種海量路網(wǎng)實(shí)時(shí)精細(xì)化三維建模與渲染方法。
背景技術(shù)：
：隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的普及應(yīng)用，數(shù)字地球以及平面大規(guī)模海量地形三維可視化成為大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)組件之一。而伴隨虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)硬件技術(shù)的發(fā)展，對(duì)三維大規(guī)模地形的顯示精度要求越來(lái)越高，包括植被，建筑群和路網(wǎng)等。伴隨大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在交通設(shè)計(jì)、道路規(guī)劃等領(lǐng)域的深入應(yīng)用，對(duì)鐵路、公路和交通實(shí)體進(jìn)行精細(xì)化三維建模已成為新的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，目前也出現(xiàn)了如虛擬三維城市道路，虛擬鐵路，虛擬高速公路等較為真實(shí)的三維建模技術(shù)。然而，目前對(duì)于公路、鐵路以及水運(yùn)等路網(wǎng)的三維模型的構(gòu)建方式主要依賴專業(yè)建模人員依據(jù)各種三維建模軟件以手動(dòng)方式構(gòu)建，需要耗費(fèi)巨大的人力物力，而基于矢量簡(jiǎn)化信息的大規(guī)模路網(wǎng)顯示無(wú)法做到三維模型精細(xì)化顯示。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海量路網(wǎng)實(shí)時(shí)精細(xì)化三維建模與渲染方法，可以很好地解決現(xiàn)有三維模型構(gòu)建采用手動(dòng)方式耗時(shí)耗力，且無(wú)法做到精細(xì)化顯示的問(wèn)題。為達(dá)到上述要求，本發(fā)明提供一種海量路網(wǎng)實(shí)時(shí)精細(xì)化三維建模與渲染方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、構(gòu)建路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)、模型屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、三維地形模型數(shù)據(jù)庫(kù)及三維地形分頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)；S2、通過(guò)對(duì)路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)的鋪設(shè)長(zhǎng)度、空間坐標(biāo)及空間姿態(tài)進(jìn)行計(jì)算，得到子模型精確三維預(yù)設(shè)信息；S3、將海量重復(fù)的三維子節(jié)點(diǎn)模型從路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出，并根據(jù)子模型精確三維預(yù)設(shè)信息和每段路網(wǎng)模型屬性特征值使三維子節(jié)點(diǎn)模型沿著路網(wǎng)矢量線路在三維地形模型中進(jìn)行預(yù)設(shè)；S4、對(duì)路網(wǎng)三維子模型的三維空間姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；S5、對(duì)經(jīng)調(diào)整后的路網(wǎng)三維子模型進(jìn)行實(shí)時(shí)黏結(jié)，得到海量路網(wǎng)三維模型；S6、對(duì)海量路網(wǎng)三維模型進(jìn)行渲染優(yōu)化。該方法具有的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)對(duì)鐵路、公路、河流等三維路網(wǎng)形狀進(jìn)行抽象提煉，可知構(gòu)建海量路網(wǎng)三維模型在幾何特征上具有共性，因而在構(gòu)建大規(guī)模的路網(wǎng)三維模型的過(guò)程中，可以通過(guò)事先構(gòu)建路網(wǎng)子模型數(shù)據(jù)庫(kù)，再結(jié)合相應(yīng)路段三維地形數(shù)據(jù)以及線路矢量數(shù)據(jù)，來(lái)迅速布設(shè)路網(wǎng)子模型，進(jìn)一步對(duì)子模型的三維姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整與拼接，輔助專業(yè)建模和大規(guī)模場(chǎng)景設(shè)計(jì)人員快速構(gòu)建海量路網(wǎng)三維模型；(2)運(yùn)用曲面細(xì)分技術(shù)優(yōu)化所構(gòu)建的三維路網(wǎng)模型，提高構(gòu)建海量路網(wǎng)精細(xì)化三維模型的速度并降低三維建模成本，從而達(dá)到對(duì)大量重復(fù)性三維建模工作簡(jiǎn)化并快速渲染的目的；(3)借助三維渲染引擎對(duì)模型進(jìn)行渲染表現(xiàn)，從而給城市設(shè)計(jì)規(guī)劃、交通運(yùn)輸管理等應(yīng)用場(chǎng)景提供精細(xì)化三維路網(wǎng)信息可視化。附圖說(shuō)明此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標(biāo)號(hào)來(lái)表示相同或相似的部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為本申請(qǐng)的流程示意圖；圖2為本申請(qǐng)路網(wǎng)線路平面與縱斷面分類示意圖；圖3為本申請(qǐng)路網(wǎng)三維子模型三維姿態(tài)調(diào)整示意圖。具體實(shí)施方式為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N海量路網(wǎng)實(shí)時(shí)精細(xì)化三維建模與渲染方法，如圖1所示，包括以下步驟：S1、構(gòu)建路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)、模型屬性數(shù)據(jù)庫(kù)、三維地形模型數(shù)據(jù)庫(kù)及三維地形分頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)；該步驟具體為：根據(jù)實(shí)際路網(wǎng)線路類型構(gòu)建相應(yīng)的路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)，包括鐵路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)、公路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)及水運(yùn)路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)；并針對(duì)每個(gè)所述路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建相應(yīng)的模型屬性數(shù)據(jù)庫(kù)；構(gòu)建包括地形高程數(shù)據(jù)、路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)及相應(yīng)區(qū)域衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的三維地形模型數(shù)據(jù)庫(kù)，還原真實(shí)路網(wǎng)線路信息以及三維環(huán)境信息，即路網(wǎng)三維子模型相應(yīng)高程、背景紋理貼圖等信息；根據(jù)所述地形高程數(shù)據(jù)和相應(yīng)區(qū)域衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，借助相應(yīng)GIS工具以切片分割方式構(gòu)建基于LOD模型的三維地形分頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的詳細(xì)介紹如下：鐵路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)包括橋梁、隧道、路基、軌道板結(jié)構(gòu)、接觸網(wǎng)、接觸網(wǎng)支柱、道岔、鋼軌、扣件、軌枕、道床板、橋梁、橋墩、車站、站臺(tái)、信號(hào)機(jī)等三維模型；公路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)包括立交橋、單幅路、雙幅路、三幅路、四幅路三維模型、路標(biāo)、路燈、護(hù)欄、街道建筑等輔助建筑、景觀植被等三維模型；水運(yùn)路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)包括燈塔、河道、水流、船只、植被等三維模型；模型屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括模型類型數(shù)據(jù)、地理位置信息及模型高程數(shù)據(jù)；三維地形分頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)主要由地形高程數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)運(yùn)用金字塔模型對(duì)海量地形數(shù)據(jù)按照從低層次到高層次的順序進(jìn)行切片分塊，構(gòu)建出三維地形分頁(yè)(LOD)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后期三維可視化引擎渲染；路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括三維地形中路網(wǎng)線路的矢量信息，即對(duì)整體路網(wǎng)線路在空間中信息描述的數(shù)據(jù)庫(kù)。S2、通過(guò)對(duì)路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)的鋪設(shè)長(zhǎng)度、空間坐標(biāo)及空間姿態(tài)進(jìn)行計(jì)算，得到子模型精確三維預(yù)設(shè)信息。該步驟具體為：計(jì)算空間姿態(tài)，如圖2所示，將線路平面路網(wǎng)類型抽象為直線段、圓曲線段和緩和曲線段，根據(jù)路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)計(jì)算相應(yīng)路段曲率半徑從而判斷路網(wǎng)線路的路網(wǎng)類型，確定路網(wǎng)三維子模型在線路平面內(nèi)的二維姿態(tài)；對(duì)路網(wǎng)三維子模型在線路平面內(nèi)二維姿態(tài)進(jìn)行計(jì)算，確定模型鋪設(shè)起始點(diǎn)以及線路中線初始鋪設(shè)方向，對(duì)路網(wǎng)線路進(jìn)行光滑化處理后，調(diào)整初步確定空間位置的子模型在線路平面中擺放姿態(tài)。下述為三種類型的路網(wǎng)線路子模型在二維線路平面內(nèi)位置坐標(biāo)計(jì)算方法：1)緩和曲線段緩和曲線上點(diǎn)p的坐標(biāo)計(jì)算公式如下所示。其中l(wèi)為p點(diǎn)距離直緩點(diǎn)的里程值，l0為緩和曲線長(zhǎng)。x=l-l540R2l02+l93456R4l04y=l36C-l7336R3l03+l1142240R5l05---(1)]]>2)圓曲線段圓曲線上點(diǎn)p的坐標(biāo)計(jì)算公式如下所示。其中R為圓曲線的半徑，β0緩和曲線的切線角，m為切垂距，p為圓曲線內(nèi)移距。x=Rsin(l-l0R+β0)+my=R(1-cos(l-l0R+β0))+p---(2)]]>3)直線段直線段的點(diǎn)位采用坐標(biāo)正算進(jìn)行計(jì)算。x′和y′為緩直點(diǎn)的坐標(biāo)，A為緩直點(diǎn)的方位角。x=x′+lsinAy=y′+lcosA---(3)]]>如圖2所示，對(duì)線路縱斷面坡段長(zhǎng)度、坡度值進(jìn)行計(jì)算，確定路網(wǎng)三維子模型在線路縱斷面的二維姿態(tài)；計(jì)算鋪設(shè)長(zhǎng)度和空間坐標(biāo)，在三維地形模型中導(dǎo)入路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)，通過(guò)模型地理位置信息計(jì)算獲得路網(wǎng)三維子模型鋪設(shè)總長(zhǎng)度、線路狀況及相應(yīng)路網(wǎng)三維子模型模型的鋪設(shè)高程值。S3、將海量重復(fù)的三維子節(jié)點(diǎn)模型從路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出，并根據(jù)所述子模型精確三維預(yù)設(shè)信息和每段路網(wǎng)模型屬性特征值使三維子節(jié)點(diǎn)模型沿著路網(wǎng)矢量線路在三維地形模型中進(jìn)行預(yù)設(shè)；S4、對(duì)路網(wǎng)三維子模型的三維空間姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，圖3中的(a)(b)(c)分別表示了鐵路路網(wǎng)子模型、公路路網(wǎng)子模型、水運(yùn)路網(wǎng)子模型的三維姿態(tài)調(diào)整示意圖，主要對(duì)模型沿著空間直角坐標(biāo)系XYZ三個(gè)軸線的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行如下控制：路網(wǎng)三維子模型坡度角控制調(diào)整，由坡度角進(jìn)一步確定路網(wǎng)三維子模型在線路縱斷面姿態(tài)，調(diào)整路網(wǎng)三維子模型在線路中的坡度；即坡度角調(diào)整用于控制路網(wǎng)三維子模型繞Y軸方向的姿態(tài)，即表現(xiàn)線路縱斷面的坡度信息；路網(wǎng)三維子模型側(cè)方位角調(diào)整，調(diào)整側(cè)方位角控制路網(wǎng)三維子模型在線路平面內(nèi)的二維姿態(tài)，計(jì)算得出路網(wǎng)三維子模型圓曲線段部分的超高；即主要用于控制模型繞X軸方向的姿態(tài)，用于表現(xiàn)路網(wǎng)子模型曲線部分的超高狀況；路網(wǎng)三維子模型方位角控制調(diào)整，控制路網(wǎng)三維子模型在線路平面的方向角，確定路網(wǎng)三維子模型在線路平面中的鋪設(shè)擺放方向；即主要用于控制模型繞Z軸方向的姿態(tài)，用于表現(xiàn)路網(wǎng)線路的走向狀況。S5、對(duì)經(jīng)調(diào)整后的路網(wǎng)三維子模型進(jìn)行實(shí)時(shí)黏結(jié)，得到海量路網(wǎng)三維模型；S6、對(duì)所述海量路網(wǎng)三維模型進(jìn)行渲染優(yōu)化。該步驟具體為：運(yùn)用曲面細(xì)分建模技術(shù)通過(guò)著色器編程對(duì)所述海量路網(wǎng)三維模型進(jìn)行快速頂點(diǎn)插值生成，使得所構(gòu)建海量路網(wǎng)三維模型更為精細(xì)，得到得到海量路網(wǎng)精細(xì)化三維模型；通過(guò)三維渲染引擎對(duì)海量路網(wǎng)精細(xì)化三維模型中需要渲染的場(chǎng)景模型進(jìn)行視景剪裁渲染，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)所建海量路網(wǎng)三維模型的快速顯示。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3