一种数字城市的三维模型快速拼切方法技术

本发明专利技术涉及一种数字城市的三维模型快速拼切方法，包括：提取三维模型的底脚轮廓线以及确定三维模型的世界坐标原点；对三维模型进行规范化操作；基于三维模型底脚轮廓线进行轮廓匹配，以进行模型快速拼装；提取三维模型的切割信息；根据三维模型的切割信息进行模型切割。本发明专利技术的数字城市的三维模型快速拼切方法，通过模型底脚轮廓匹配方法获取单个三维模型在整个场景中的偏移信息，在三维建模软件中执行脚本，实现三维模型的快速组拼；通过对模型规范化操作，确保了三维模型的制作质量；通过对大尺寸模型的区块分割，按块存储可以满足三维数字城市的快速载入；按区块存储的方式，极大地方便了大规模场景的数据存储管理、快速加载及动态更新。

A Fast Segmentation Method for Three-Dimensional Models of Digital City

【技术实现步骤摘要】
一种数字城市的三维模型快速拼切方法
本专利技术属于三维数字城市
，具体涉及一种数字城市的三维模型快速拼切方法。
技术介绍
随着虚拟现实技术(VR)、5G等先进技术的快速发展，以二维数据为主题的GIS应用已经不能满足城市专业应用的空间数据表现形式。一种更加直观的、所见即所得的三维空间数据成为一种崭新的、客户热衷的数据表达方式，它将成为数字城市乃至数字地球的核心数据。基于三维数字场景，采用VR技术可以逼真地模拟现在和未来的城市，支持数据分析、方案论证和优化，支持地理信息系统等。高清度三维城市地图数字化过程中，对建筑进行拍照、数据采集，利用三维建模软件，如3dsMax进行三维建模，然后将各个独立模型合并到一个大场景中。数字城市加工企业在生产三维模型过程，因人而异，无法保证模型制作质量。三维模型合并过程中根据各个三维模型的地理位置手工拖放到实际位置，拼装效率低下。城市区块的分割根据城市设计二维行政规划图或道路图进行划分，各个区块划分很不规整，数据存储难以规范。
技术实现思路
基于现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供一种数字城市的三维模型快速拼切方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种数字城市的三维模型快速拼切方法，包括以下步骤：S1、提取三维模型的底脚轮廓线以及确定三维模型的世界坐标原点；S2、对三维模型进行规范化操作；S3、基于三维模型底脚轮廓线进行轮廓匹配，以进行模型快速拼装；S4、提取三维模型的切割信息；S5、根据三维模型的切割信息进行模型切割。作为优选方案，所述步骤S1具体包括以下步骤：S11、遍历三维模型所有顶点，收集z坐标值最小的顶点，创建拓扑闭合的多边形作为底脚轮廓线；S12、通过轮廓线的顶点坐标比较，确定轮廓线上的“西南点”位置，以其对应的顶点作为三维模型的世界坐标原点。作为优选方案，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21、基于三维模型的世界坐标原点，对三维模型的所有顶点进行平移操作；S22、检查三维模型的材质有无使用非标准材质；S23、将三维纹理坐标转化为二维纹理坐标；S24、对三维模型中用的贴图路径进行规范化操作；S25、同时确保三维模型中有贴图的材质名与贴图名保持命名一致。作为优选方案，所述步骤S3具体包括以下步骤：将底脚轮廓线与城市地图shp数据文件上的轮廓进行匹配，生成模型偏移信息；根据模型偏移信息对三维模型执行平移操作，以实现整体三维模型的快速拼装。作为优选方案，所述步骤S4具体包括以下步骤：S41、以城市地图区块网格为分块信息，每个区块以正方形网格表示；对每个区块的正方形网格判断有无顶点位于该区域内，如有则为有效网格；S42、对有效网格进行从左到右、从上到下的有序编号；S43、根据正方形边长，生成上、下、左、右四个方向的切割平面，记录切割平面的位置信息(t,b,l,r)，即正方形四条边的位置，四个切割平面的法相始终朝向正方形内部。作为优选方案，所述步骤S5包括以下步骤：S51、遍历有效网格的切割平面，依次在三维模型上执行切割操作；S52、切割后的各个区块模型以所述有序编号命名；S53、分块存储。作为优选方案，所述“西南点”的选择原则为先南后西。作为优选方案，所述三维模型的规范化操作包含模型几何数据与材质数据的规范化操作。作为优选方案，所述轮廓匹配需满足轮廓的旋转、尺度、位移变换。作为优选方案，所述步骤S5中的模型切割的模型包括绿化带、道路、房屋建筑、立交桥，排除数字城市中的植物、路灯、信号灯、看板、雕塑、喷泉。作为优选方案，所述模型快速拼装在3dsMax中进行，通过脚本程序执行平移操作实现。作为优选方案，所述模型切割的操作通过3dsMax中脚本执行自动切割和分块存储操作。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：本专利技术的数字城市的三维模型快速拼切方法，通过模型底脚轮廓匹配方法获取单个三维模型在整个场景中的偏移信息，在三维建模软件中执行脚本，实现数字城市的三维模型的快速组拼；通过对模型规范化操作，确保了三维模型的制作质量；通过对大尺寸模型的区块分割，按块存储可以满足三维数字城市的快速载入；按区块存储的方式，极大地方便了大规模场景的数据存储管理、快速加载及动态更新。模型切割后能保持无缝拼接，不出现漏缝，实现数字城市三维模型的完美拼接。附图说明图1是本专利技术实施例数字城市的三维模型快速拼切方法的流程图；图2是本专利技术实施例的三维模型底脚轮廓线及模型世界坐标原点的计算步骤流程图；图3是本专利技术实施例的三维模型规范化操作步骤的流程图；图4是本专利技术实施例的二维区块网格及编号的示意图；图5是本专利技术实施例的模型切割与分块存储的执行步骤的流程图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，本专利技术实施例的数字城市的三维模型快速拼切方法，具体包括以下步骤：步骤(1)：提取三维模型的底脚轮廓线以及确定三维模型的世界坐标原点，即三维模型底脚轮廓线以及模型世界坐标确定。在大规模场景合并过程中，为了能精确每个三维模型在城市地图上的实际位置，通过模型底脚轮廓钱与二维地图上的轮廓进行匹配，便于快速拼装。首先需要计算每个三维模型的底脚轮廓线(footprint)，然后再计算footprint的西南角位置，其步骤如图2所示。整个执行过程在3dsMax中通过脚本自动执行，具体地，步骤1-1：批量导入三维模型，每个模型作是一个独立的对象；为了能批量自动导入，在导入时，需要添加“#noPrompt”参数，防止模型导入时的弹窗提示，中断批处理执行；步骤1-2：将模型转化为可编辑多边形，从而可以获得模型的顶点、边、边界等信息；步骤1-3：逐个遍历三维模型对象上的所有顶点，计算每个对象上z坐标最小的顶点，收集z坐标最小的顶点生成顶点序列；步骤1-4：对步骤1-3中的获得的顶点序列执行创建图形操作，导出底脚轮廓数据；步骤1-5：通过轮廓线上顶点坐标的比较，确定轮廓线上的“西南点”位置，以该顶点为三维模型的世界坐标原点。其中，“西南点”的选取原则为：先南后西。步骤(2)：对三维模型进行规范化操作。为满足数字城市的三维模型的制作要求和质量控制要求，对三维模型进行批量规范化处理。为三维模型制作企业提高生产效率，保证其产品质量，其步骤如图3所示，具体地，步骤2-1：对步骤1-5中得到的“西南点”为模型世界坐标原点，对模型的所有顶点进行平移操作；步骤2-2：检查模型的材质有无使用非标准材质(如VRAY材质)；步骤2-3：将三维纹理坐标转化为二维纹理坐标，确保纹理坐标规范化；步骤2-4：对模型中用的贴图路径规范性进行规范化操作，确保其使用相对路径；步骤2-5：规范有贴图数据的材质球命名，确保与贴图名保持命名一致；步骤(3)：轮廓匹配与模型快速拼装。基于三维模型底脚轮廓线进行轮廓匹配，以进行模型快速拼装，即模型快速组装。对步骤1-4中得到的单个模型的底脚轮廓线与城市地图shp数据文件上的轮廓进行匹配。具体地，采用轮廓的Hu矩特征进行轮廓相似度计算，相似度越小，匹配度越高。根据轮廓上“西南点”的对应关系，生成模型偏移信息；在3dsMax中通过执行脚本，读取该信息自动对模型执行平移操作，从而实现三维模型的整体快速拼装；步骤(4)：三维模型切割信息提取。为了能够实现对城市模型的分块加载，需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字城市的三维模型快速拼切方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提取三维模型的底脚轮廓线以及确定三维模型的世界坐标原点；S2、对三维模型进行规范化操作；S3、基于三维模型底脚轮廓线进行轮廓匹配，以进行模型快速拼装；S4、提取三维模型的切割信息；S5、根据三维模型的切割信息进行模型切割。

【技术特征摘要】
1.一种数字城市的三维模型快速拼切方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提取三维模型的底脚轮廓线以及确定三维模型的世界坐标原点；S2、对三维模型进行规范化操作；S3、基于三维模型底脚轮廓线进行轮廓匹配，以进行模型快速拼装；S4、提取三维模型的切割信息；S5、根据三维模型的切割信息进行模型切割。2.根据权利要求1所述的一种数字城市的三维模型快速拼切方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：S11、遍历三维模型所有顶点，收集z坐标值最小的顶点，创建拓扑闭合的多边形作为底脚轮廓线；S12、通过轮廓线的顶点坐标比较，确定轮廓线上的“西南点”位置，以其对应的顶点作为三维模型的世界坐标原点。3.根据权利要求2所述的一种数字城市的三维模型快速拼切方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21、基于三维模型的世界坐标原点，对三维模型的所有顶点进行平移操作；S22、检查三维模型的材质有无使用非标准材质；S23、将三维纹理坐标转化为二维纹理坐标；S24、对三维模型中用的贴图路径进行规范化操作；S25、同时确保三维模型中有贴图的材质名与贴图名保持命名一致。4.根据权利要求3所述的一种数字城市的三维模型快速拼切方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：将底脚轮廓线与城市地图shp数据文件上的轮廓进行匹配，生成模型偏移信息；根据模型偏移信息对三维模型执行平移操作，以实现整体三维模型的快速拼装。5.根据权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建浩，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33