一种随机可控城市生成方法技术

本发明专利技术属于计算机图形学领域，针对目前大规模三维城市建模所存在的不灵活、开发效率低下等缺点，提出了一种随机可控城市生成方法。该方法首先通过前沿推进法生成路网，并结合生成的河流、桥梁形成初始的城市路网；然后，通过对初始城市路网的优化和主次干道的规划，生成最终的城市路网；最后，通过生成路口、道路、街区和建筑物，实现对整个城市的可视化生成。使用该方法可以快速而灵活地构建大规模的城市场景，可以直接应用于对城市场景要求不是十分精细的项目上，或者作为项目开发的快速预览，能极大的提高相关项目的开发效率和灵活性，可以很好地弥补手工建模在大规模城市场景构造中所展现的弊端。中所展现的弊端。中所展现的弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种随机可控城市生成方法


[0001]本专利技术属于计算机图形学领域，具体涉及一种随机可控城市生成方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术的发展，大规模三维城市模型在游戏娱乐、影视渲染、军事演习、驾驶仿真与培训、自动驾驶的虚拟训练、虚拟现实等领域的需求越来越高。传统的三维城市模型的构造方法往往是采用三维建模软件，用手动建模的方式建成，当城市规模变大的时候会消耗极大的人力和时间成本，这种建模效率低，复杂性高、智能性差。因此研究大规模城市场景的自动生成具有重要的意义，可以很好地弥补手工建模在大规模城市场景构造中所展现的弊端。
[0003]城市建模方法，最为典型的基于图像等测量数据的城市建模，高分辨率卫星影像、多视航空影像、机载激光雷达点云、地面数据和众源数据是几种常见的城市建模数据源。这些方法可以用于重建城市，但是不能用于创建没有图像输入数据的新模型，且都需要依赖数据源来生成三维城市模型，不能用于快速生成虚拟的城市景观。对于现实尚不存在的虚拟城市建模，要按规则生成所需模型，这就是基于规则驱动的城市过程建模，最为典型的L系统虽然能快速的生成城市路网，但其未考虑城市功能分区问题，并且其预先设定的规则有限，如生成的城市模型不满足用户需求，则需重新设定规则。也有一系列针对路网，街区，建筑物的过程式建模研究，这些研究虽都摆脱了对实际的遥感图像或真实地图的依赖，也使用了过程化生成的方法，但他们皆针对某个细节问题，而没有将整体系统化。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前大规模三维城市建模所存在的不灵活、开发效率低下等缺点，提出一种随机可控城市生成方法。该方法首先通过前沿推进法生成路网，并结合生成的河流、桥梁形成初始的城市路网；然后，通过对初始城市路网的优化和主次干道的规划，生成最终的城市路网；最后，通过生成路口、道路、街区和建筑物，实现对整个城市的可视化生成。使用该方法可以快速而灵活地构建大规模的城市场景，可以直接应用于对城市场景要求不是十分精细的项目上，或者作为项目开发的快速预览，能极大的提高相关项目的开发效率和灵活性。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0006]本专利技术提供一种随机可控城市生成方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，数据输入和河流绘制；
[0008]步骤2，城市路网的初步生成；
[0009]步骤3，路网桥梁连接；
[0010]步骤4，路网优化；
[0011]步骤5，规划路网主次干道；
[0012]步骤6，路口和直线道路生成；
[0013]步骤7，街区地面生成；
[0014]步骤8，建筑物的排布及生成，生成完成之后所得的结果就是整个城市。
[0015]进一步，所述步骤1中数据输入的具体方法是：对Unity的编辑器进行扩展，在编辑器中进行城市信息的输入；河流绘制的具体方法是：为了达到随机可控的生成城市的目的，采用在unity插件上进行河流边界绘制的方法，将笔刷设置为一个多边形，绘制时将多边形与已绘制的多边形进行布尔运算得到新的多边形，并且对多边形进行优化得到最终的多边形。
[0016]进一步，所述步骤2中城市路网初步生成的具体方法是：采用有限元网格划分的方法，根据城市的边界以及河流的分布，把城市内部区域划分成由多个单元组成的网格，即得到由节点组成的无向图，经过步骤2将会得到城市路网的数据，数据包括城市中所有的路口节点的数据、所有道路的节点数据以及道路等级和属性、所有街区的节点数据和所属分区。
[0017]进一步，所述步骤3中路网桥梁连接的具体方法是：设定一个阈值，代表桥梁最长的长度，遍历所有外边的节点A，查找点A阈值范围内的所有外边节点，如果在这些查找到的节点中找到距离最近的节点B，如果节点B与A同属于一条外边则不生成，如果是不同的两条外边且为被用于生成桥梁，则连接两节点，生成对应道路，标记为桥梁，两节点标记为已被生成桥梁，生成完之后，需要对桥梁与桥梁之间做碰撞检测，如果有碰撞则删除一条桥梁，并且要对桥梁与附近的外边的边进行碰撞检测，避免出现桥梁穿过陆地的情况。生成的路网可能分为多个无向图，需要桥梁把相邻图连接起来，否则在道路扩展中，可能会因为两个热点处于不同的无向图而无法找到相连的最短路径。
[0018]进一步，所述步骤4中路网优化方式包括平整优化、两道路路口优化、三角街区优化、三道路路口优化、特殊街区优化、道路数量超过4条的多道路路口优化。初始路网节点生成结束后，得到了以四边形网格为主的路网模型，但是仍然存在许多不合理的地方，所以需要对路网进行进一步的优化，使路网更符合现实规划。
[0019]进一步，所述步骤5规划路网主次干道的具体方法为：先将城市中的各个热点相连，用寻路算法计算出热点之间主干道，再从主干道上扩展出次干道，从而实现城市的主次干道规划；所述热点的确定为：将工业区、商业区、办公区作为城市热点区域，城市的分区信息记录在贴图中传入路网生成算法，并且在道路节点生成时通过查找节点在贴图上对应的颜色信息，记录该节点所属的分区，对城市路网的无向图用改进的并查集进行处理，将相连且分区属性相同的道路节点划分到一个集合中去，算法结束时，可得到若干个节点集合，每一个集合为一个分区，对工业区、商业区、办公区的集合求坐标中心点，查找距离中心点最近的道路节点作为热点。
[0020]进一步，所述步骤6路口和直线道路生成中直线道路网格的生成按照道路数据生成一个四边形的网格；在每一个道路节点所在的位置生成一个路口，路口的网格生成分为两部分，一是路口中心部分，二是斑马线部分，首先生成路口中心的多边形，再生成斑马线部分的网格。
[0021]进一步，所述步骤7街区地面生成的具体方法为：先根据街区边界所属道路的宽度，重新计算新的节点集合来充当实际的街区的边界；通过遍历原始街区的每两个节点，查找到两个节点对应的道路，根据道路信息中宽度创建新的直线，相邻直线的交点为的新的实际街区的节点位置。定义街区的一系列节点不能直接用来作为街区地面的节点，因为此
时节点实际上为路口的中心，而不是道路的边界。所以在生成街区地面之前需要根据街区边界所属道路的宽度，重新计算新的节点集合来充当实际的街区的边界。
[0022]进一步，所述步骤8建筑物的排布及生成中建筑的网格分为屋顶和墙壁两部分；其中，屋顶部分的网格生成方法为，根据传入的节点和高度信息计算得到屋顶的顶点信息，调用多边形三角化算法计算三角形索引；墙壁部分的网格生成方法为，将已有建筑的屋顶多边形和地面多边形的顶点作为墙壁网格的顶点，遍历底部的地面多边形，将地面两个顶点和顶部屋顶多边形对应的两个顶点作为一个四边形生成，方法类似于道路网格生成
；
[0023]所述步骤8中建筑物的排布包括内部建筑的排布和外围建筑的排布；住宅区的街区同时有两种排布，其余的工业区、商业区和办公区都是用内部建筑排布方式；所述内部建筑排布利用多边形填充算法；所述外围建筑排布遍历街区节点，每次将当前节点和下一节点向内扩展一个人行道的距离，记录为一条新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随机可控城市生成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，数据输入和河流绘制；步骤2，城市路网的初步生成；步骤3，路网桥梁连接；步骤4，路网优化；步骤5，规划路网主次干道；步骤6，路口和直线道路生成；步骤7，街区地面生成；步骤8，建筑物的排布及生成。2.根据权利要求1所述的一种随机可控城市生成方法，其特征在于：所述步骤1中数据输入的具体方法是：对Unity的编辑器进行扩展，在编辑器中进行城市信息的输入，涉及城市的尺寸、标准的街区尺寸、河流边界、功能分区等；河流绘制的具体方法是：为了达到随机可控的生成城市的目的，采用在unity插件上进行河流边界绘制的方法，将笔刷设置为一个多边形，绘制时将多边形与已绘制的多边形进行布尔运算得到新的多边形，并且对多边形进行优化得到最终的多边形。3.根据权利要求1所述的一种随机可控城市生成方法，其特征在于：所述步骤2中城市路网初步生成的具体方法是：采用有限元网格划分的方法，根据城市的边界以及河流的分布，把城市内部区域划分成由多个单元组成的网格，即得到由节点组成的无向图，经过步骤2将会得到城市路网的数据，数据包括城市中所有的路口节点的数据、所有道路的节点数据以及道路等级和属性、所有街区的节点数据和所属分区。4.根据权利要求1所述的一种随机可控城市生成方法，其特征在于：所述步骤3中路网桥梁连接的具体方法是：设定一个阈值，代表桥梁最长的长度，遍历所有外边的节点A，查找点A阈值范围内的所有外边节点，如果在这些查找到的节点中找到距离最近的节点B，如果节点B与A同属于一条外边则不生成，如果是不同的两条外边且为被用于生成桥梁，则连接两节点，生成对应道路，标记为桥梁，两节点标记为已被生成桥梁，生成完之后，需要对桥梁与桥梁之间做碰撞检测，如果有碰撞则删除一条桥梁，并且要对桥梁与附近的外边的边进行碰撞检测，避免出现桥梁穿过陆地的情况。5.根据权利要求1所述的一种随机可控城市生成方法，其特征在于：所述步骤4中路网优化方式包括平整优化、两道路路口优化、三角街区优化、三道路路口优化、特殊街区优化、道路数量超过4条的多道路路口优化。6.根据权利要求1所述的一种随机可控城市生成方法，其特征在于：所述步骤5规划路网主次干道的具体方法为：先将城市中的各个热点相连，用寻路算法计算出热点之间主干道，再从主干道上扩展出次干道，从而实现城市的主次干道规划；所述热点的确定为：将工业区、商业区、办公区作为城市热点区域，城市的分区信息记录在贴图中传入路网生成算法，并且在道路节点生成时通过查找节点在贴图上对应的颜色信息，记录该节点所属的分区，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊风光，尹宇慧，林雄彬，刘磊，郭锐，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：