一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法技术

本发明专利技术公开了一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法，对待录入更新的有效三维实景数据依次进行坐标转换

【技术实现步骤摘要】
一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生城市建设、地理空间数据管理
，具体为一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法。

技术介绍

[0002]数字孪生（Digital Twin）是综合利用计算机视觉、物联网、人工智能、5G等技术对物理世界的人、物、事件等所有要素进行空间化和数字化，实现物理世界与孪生世界的真实映射。由数字孪生技术所构建的城市称为数字孪生城市，它是实现智慧城市建设的重要设施和基础能力。城市的三维空间模型是数字孪生城市建设的关键内容之一，目前主流的方案是采用倾斜摄影、激光扫描等技术实现建筑、道路、树木、地形等宏观对象的实景表达。据不完全统计，全国已有120多个地市开展了三维实景建设工作，并取得了积极反响，为此自然资源部也提出要建设“三维实景中国”的建议。
[0003]数据的现势性和鲜活性是三维实景数据能否得到可持续应用的关键，而实现三维实景数据的动态更新是保证数据现势性和鲜活性的最重要的技术手段；三维实景数据是一种全新的三维空间模型数据，目前针对三维实景数据的动态更新尚未形成统一的标准：不同的软件厂商会根据自己的算法特点生产不同格式的数据；行业监管部门出于谨慎考虑还处于调研阶段，未出台相关指导性的规范或标准。而全国各地正如火如荼地开展三维实景数据的建设工作，一批批的大场景三维实景数据如雨后春笋般涌现。如果不能有效地解决大场景三维实景数据的动态更新问题，必将导致大量数据重复建设、财政经费的浪费。
[0004]目前，尚未有成熟的技术或者软件系统可以实现大场景三维实景数据的动态更新，为此各数据生产企业往往采用最为原始的、粗糙的方式来开展这项工作：将数据以行政区域（如区、街道等）范围来划分，然后根据时间间隔（比如1年）和城市变化程度来决定是否对某个行政区域进行数据重生产。大场景三维实景数据的动态更新的技术难点在于：1）数据量大，数据分散（由很多细小的文件构成），数据难以快速检索和定位；2）数据的标准一致，不同软件生产的数据的瓦片大小不一，坐标系不一，坐标原点不一；3）数据内部的结构复杂，导致不同来源的数据很难实现真正的融合，融合结果的质量和精度无法保证。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法，以解决上述
技术介绍
中提出的大场景三维实景数据的动态更新中存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法，包括待录入更新的有效三维实景数据和需要被更新的历史三维实景数据，该方法包括以下步骤：S1.将有效三维实景数据进行坐标转换；S2.将经过坐标转换后的有效三维实景数据分幅成若干瓦片数据，同时赋予瓦片数据对应的空间编码；
S3.计算瓦片数据的有效范围；S4.根据S2的空间编码和S3的有效范围，逐一将瓦片数据与对应的历史三维实景数据进行融合更新；S5.将更新信息记录到数据库中。
[0007]优选的，所述S1中采用坐标重投影算法对有效三维实景数据进行坐标转换，具体包括：S101.定义历史三维实景数据的坐标系为目标坐标系，该目标坐标系的坐标原点为；并定义有效三维实景数据的坐标系为源坐标系，该源坐标系的坐标原点为；并定义为有效三维实景数据中的任一顶点的空间坐标；S102.创建从源坐标系到目标坐标系的转换模型，然后利用转换模型进行坐标转换：式中，表示坐标重投影计算，为进行坐标转换后的顶点的空间坐标。
[0008]优选的，所述S2中对坐标转换后的有效三维实景数据进行正方形分幅，并赋予空间编码，具体包括：S201.计算正方形图幅信息a1）定义分幅的空间尺寸为；b1)统计坐标转换后有效三维实景数据的平面范围，表示X方向的范围，表示Y方向的范围；c1)计算所有正方形图幅的平面范围，表示X方向的范围，表示Y方向的范围；式中，均可被整除；d1)定义为图幅的任一行空间编码，为图幅的任一列空间编码，则每个图幅
的空间编码及其平面范围，X方向范围为，Y方向范围为；其中，和为整数，取值范围为：平面范围的计算公式为：S202.利用正方形图幅进行分幅操作包括：a2）定义坐标转换后的有效三维实景数据为，用表示三维实景数据的其中任一个瓦片数据；b2）从中逐一选取瓦片数据，令其顶点集为：，三角网索引集为；其中，表示顶点的空间坐标，表示顶点的纹理坐标，表示三角形的三个顶点在V中的序号；c2）判断是否包含中的任一顶点，若不包括，则返回步骤b2），处理下一个瓦片数据；若包括，则转步骤d2）；d2）定义为瓦片数据在图幅中的有效数据，其顶点集为，三角网索引集为，的纹理与的纹理保持一致；e2）定义图幅的所有瓦片数据为，将其融合为一个瓦片数据。
[0009]优选的，所述S202步骤d2）中的计算过程具体包括：
①
将平面范围转换为由四个顶点构成的多边形，
；
②
从中逐一选取三角形，其对应的顶点为、和，由此，三个顶点顶多构成多边形：；
③
利用Weiler
‑
Atherton算法求得与的交集，如果为空，则转入步骤
②
，处理下一个三角形，否则转入步骤
④
；
④
利用OpenGL的Tessellation算法对进行三角剖分，得到新的三角网，其顶点集为，三角网索引集为，其中，和以及可以由三角剖分的结果直接得到，然后求解以下公式可得到、和、、；
⑤
将和分别合并到和中，需要注意的是当合并进后，其顶点在集合中的索引将会发生变化，故中对应的索引需要进行相应的调整；所述S202中步骤e2)中关于将所有瓦片数据融合为一个瓦片数据的具体计算内容包括：
①
利用Bin Packing算法将所有瓦片数据的纹理合并成一张大纹理，Bin Packing算法可以确保大纹理的宽和高尽可能小；
②
根据瓦片数据的纹理在大纹理上的位置，更新其顶点集的纹理坐标；
③
将所有瓦片数据的顶点集和三角网索引集进行合并。
[0010]优选的，所述S3中关于针对每一幅有效三维实景数据，利用栅格化边缘跟踪算法计算其有效范围的具体内容包括：S301.定义其栅格化后的空间分辨率为res，对该有效三维实景数据进行栅格化的具体内容包括：a3）将平面范围向外扩展成
；其中：b3）创建一个长和宽分别为w和h的栅格，栅格的每个单元初始化为0；c3)逐一选取中的三角形，将其投影到上并利用Edge Walking算法进行栅格化处理，栅格化结果对应的的单元置为1；d3）为了降低数据中的空洞对后续计算过程的影响，利用形态学闭运算对进行处理，然后再利用形态学腐蚀算法对进行处理；S302.基于S301生成的，利用边缘跟踪算法进一步提取三维实景数据的有效范围，具体包括：a4)针对的每个非1单元，如果其四领域不全为0或1，则判断该单元为边缘单元，将找到的边缘单元置为1，其它单元则为0；b4)从任一边缘单元开始，按照逆时针顺序查找周围的边缘单元，将查找到的单元依次插本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法，其特征在于，包括待录入更新的有效三维实景数据和需要被更新的历史三维实景数据，该方法包括以下步骤：S1.将有效三维实景数据进行坐标转换；S2.将经过坐标转换后的有效三维实景数据分幅成若干瓦片数据，同时赋予瓦片数据对应的空间编码；S3.计算瓦片数据的有效范围；S4.根据S2的空间编码和S3的有效范围，逐一将瓦片数据与对应的历史三维实景数据进行融合更新；S5.将更新信息记录到数据库中。2.根据权利要求1所述的一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法，其特征在于，所述S1中采用坐标重投影算法对有效三维实景数据进行坐标转换，具体包括：S101.定义历史三维实景数据的坐标系为目标坐标系，该目标坐标系的坐标原点为；并定义有效三维实景数据的坐标系为源坐标系，该源坐标系的坐标原点为；并定义为有效三维实景数据中的任一顶点的空间坐标；S102.创建从源坐标系到目标坐标系的转换模型，然后利用转换模型进行坐标转换：式中，表示坐标重投影计算，为进行坐标转换后的顶点的空间坐标。3.根据权利要求2所述的一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法，其特征在于，所述S2中对坐标转换后的有效三维实景数据进行正方形分幅，并赋予空间编码，具体包括：S201.计算正方形图幅信息a1）定义分幅的空间尺寸为；b1)统计坐标转换后有效三维实景数据的平面范围，表示X方向的范围，表示Y方向的范围；c1)计算所有正方形图幅的平面范围，表示X方向的范围，表示Y方向的范围；式中，均可被整除；
d1)定义为图幅的任一行空间编码，为图幅的任一列空间编码，则每个图幅的空间编码及其平面范围，X方向范围为，Y方向范围为；其中，和为整数，取值范围为：平面范围的计算公式为：S202.利用正方形图幅进行分幅操作包括：a2）定义坐标转换后的有效三维实景数据为，用表示三维实景数据的其中任一个瓦片数据；b2）从中逐一选取瓦片数据，令其顶点集为：，三角网索引集为；其中，表示顶点的空间坐标，表示顶点的纹理坐标，表示三角形的三个顶点在V中的序号；c2）判断是否包含中的任一顶点，若不包括，则返回步骤b2），处理下一个瓦片数据；若包括，则转步骤d2）；d2）定义为瓦片数据在图幅中的有效数据，其顶点集为，三角网索引集为，的纹理与的纹理保持一致；e2）定义图幅的所有瓦片数据为，将其融合为一个瓦片数据。4.根据权利要求3所述的一种面向大场景三维实景数据的动态更新方法，其特征在于，所述S202步骤d2）中的计算过程具体包括：
①
将平面范围转换为由四个顶点构成的多边形，
；
②
从中逐一选取三角形，其对应的顶、和，由此，三个顶点顶多构成多边形：；
③
利用Weiler
‑
Atherton算法求得与的交集，如果为空，则转入步骤
②
，处理下一个三角形，否则转入步骤
④
；

【专利技术属性】
技术研发人员：高广，吴敦，孙华，费佳宁，应良中，
申请(专利权)人：宝略科技浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：