OSGB三维模型快速顶层重建方法与流程

osgb三维模型快速顶层重建方法
技术领域
1.本发明属于三维模型数据处理技术领域，具体是一种osgb三维模型快速顶层重建方法。


背景技术：

2.在实景三维模型中，osgb三维模型是一种使用最为广泛的数据模型，它是将一个三维场景划分为若干个瓦片，各个瓦片内部按照lod分级原则建立了多个层级的数据模型。在实际加载三维场景时，浏览软件根据一个索引文件依次访问和加载每个瓦片数据，在三维场景越来越大、数据量急剧增加的现状下，此种模式存在较大的弊端：1、加载速度较慢，瓦片依次刷新给人的体验感较差；2、数据量增多，对电脑硬件和浏览软件的性能要求高。为了解决上述问题，通常依据现有模型进行顶层重建，即对原有模型进行合并和数据抽稀，建立多个更“粗糙”的层级，直至得到一个顶层文件，这个顶层文件包含了整个三维场景，数据量较少、分辨率较低，但能够满足最基本的显示需求。如公布号为cn114943810b的发明专利，公开了一种基于osgb的倾斜摄影切片的优化方法，通过构建八叉树进行顶层重建。公布号为cn115937456b的发明专利，公开了一种实景三维模型顶层重建方法，通过构建dom和dsm影像的方法进行顶层重建。
3.上述方法采取了较为复杂的算法进行顶层重建，在数据量很大的情况下需要耗费大量的时间进行重建。因此，有必要研究一种更合理的方法，对osgb三维模型进行快速顶层重建。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决大场景三维模型加载效率低、体验感差，现有方法较为复杂的问题，提出一种osgb三维模型快速顶层重建方法。
5.osgb三维模型快速顶层重建方法，包括以下步骤：s1，获取osgb三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树t；具体步骤为：s11，获取osgb三维模型数据和属性数据，假设其包含n个瓦片，单个瓦片长宽尺寸均为s，模型原点为（x0，y0，z0）；s12，依次读取n个瓦片的根节点，获取每个瓦片的数据范围minxi，minyi，minzi，maxxi，maxyi，maxzi，i为瓦片编号，1≤i≤n；minxi，minyi，minzi分别表示第i个瓦片在x、y、z方向的最小值，maxxi，maxyi，maxzi分别表示第i个瓦片在x、y、z方向的最大值；s13，根据各瓦片的数据范围，按照下式计算整个模型的数据范围minx0，miny0，minz0，maxx0，maxy0，maxz0；minx0，miny0，minz0分别表示整个模型在x、y、z方向的最小值，maxx0，maxy0，maxz0分别表示整个模型在x、y、z方向的最大值；
；式中，minimum表示取最小值；maximum表示取最大值；s14，根据下式计算顶层四叉树的层级数l；；式中，d为三维模型在x方向长度和y方向长度中的最大值；s15，构建第l层四叉树的节点，具体包括：s151，计算第l层x方向和y方向的瓦片起始编号k
x
，ky，以及结束编号m
x
，my；；式中，表示取整运算；为第l层瓦片的长宽尺寸；s152，依次循环遍历当前层瓦片，假设某瓦片编号为（k，j），k
x
≤k≤m
x
，ky≤j≤my，建立瓦片节点o
l，k，j，children
，l表示节点所在层级，k、j表示瓦片编号，children表示当前节点所包含的子节点列表，该瓦片所包含的数据范围minxk，minyj，maxxk，maxyj根据下式计算：； minxk，minyj分别表示该瓦片在x、y方向的最小值，maxxk，maxyj分别表示该瓦片在x、y方向的最大值；s153，遍历原始瓦片，如果某原始瓦片包含于当前瓦片节点o
l，k，j，children
数据范围内，则将该原始瓦片添加到当前瓦片节点的children列表；如果原始瓦片遍历结束，当前瓦片节点的children列表为空，则当前瓦片节点为无效节点，不予保留，否则，当前瓦片节点为有效节点，予以保留；s154，执行步骤s152和 s153完毕，得到第l层四叉树的所有节点；s16，依照步骤s15依次建立第l-1至第1层的四叉树节点，得到顶层四叉树t；第l层瓦片的长宽尺寸，第l-1层瓦片的长宽尺寸，第l-2层瓦片的长宽尺寸，
…
，第一层瓦片的长度尺寸；s2，对四叉树t各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，采用规则格网方法来抽稀顶点，并使用delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建。
6.所述步骤s2的具体过程包括：
s21，从最底层即第l层开始重建模型，依次遍历当前层有效节点；s22，创建顶点数据集v，纹理图像列表img，有效顶点数据集w；s23，依次遍历当前节点的children列表，解析出顶点数据集dv、纹理图像集io，并将其分别存入v和img集合中；s24，根据当前节点数据范围minxk，minyj，maxxk，maxyj和预设的分辨率res构建规则格网，则规则格网内任意一点（m，n）的坐标按下式计算；s25，对于规则格网的每一点，依次遍历顶点数据集，找到离该格网点最近的顶点，存入有效顶点数据集w，遍历完规则格网点，得到抽稀后的有效顶点数据集w；s26，使用delaunay三角剖分算法对数据集w重新构建三维模型；s27，根据原模型纹理对抽稀后构建的新模型的顶点进行赋色，然后保存当前节点的模型数据；s28，重复步骤s21
‑ꢀ
s27，建立当前层所有节点的三维模型并保存；s29，依次建立第l-1至第1层所有节点的三维模型数据。
7.有益效果：1、本发明实现了osgb三维模型快速顶层重建，使大场景三维模型的浏览效率更高。
8.2、本发明使用主流的osgb三维模型数据格式作为顶层重建后的模型格式，保持了与原模型数据的一致性。
9.3、本发明自动化程度高，重建过程基本无需人工干预，可以直接得到顶层重建结果。
附图说明
10.图1是本发明的总体处理流程图。
11.图2是本发明中顶层四叉树构建示意图。
12.图3是本发明中单个节点瓦片重建示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
14.实施例1如图1所示，一种osgb三维模型快速顶层重建方法，包括以下步骤：s1，获取osgb三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树t；s2，四叉树各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，在重建过程中保留各层级间的相互链接关系。
15.本方法采用规则格网这一简单的方法来抽稀顶点，并使用delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建，能够有效的保持原三维模型的基本轮廓，本方法简单、效率高，能够实现快速顶层重建。
16.实施例2本实施例以某osgb三维模型进行详细说明。
17.s1，获取osgb三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树t；具体步骤为：s11，获取osgb三维模型数据和属性数据，该模型包含2476个瓦片，单个瓦片长宽尺寸均为100m，模型原点为（420000，2954000，0）；s12，依次读取2476个瓦片的根节点，获取每个瓦片的数据范围minxi，minyi，minzi，maxxi，maxyi，maxzi，1≤i≤2476；s13，根据各瓦片的数据范围，按照下式计算整个模型的数据范围minx0，miny0，minz0，maxx0，maxy0，maxz0，整个模型的数据范围具体为421099.8，2940399.8，1130.8，431200.2，2959100.2，1754.67；；式中，i为瓦片编号，minimum表示取最小值；maximum表示取最大值；s14，根据下式计算顶层四叉树的层级数l；；式中，d为三维模型在x方向长度和y方向长度中的最大值，此处为18700.4；计算出顶层四叉树的层级数l=8；s15，构建第l层（第8层）四叉树的节点，具体包括：s151， 计算得到当前层x方向和y方向的瓦片起始编号k
x
=4，ky=-69和结束编号m
x
=57，my=26；；式中，表示取整运算；x0，y0为模型原点坐标，此处分别为420000和2954000；此处原始瓦片的尺寸为100，第l层节点瓦片的尺寸即=200，第l-1层节点瓦片的尺寸即=400，
…
，第1层节点瓦片的尺寸==25600；s152，依次循环遍历当前层瓦片编号，假设某瓦片编号为（k，j），k
x
≤k≤m
x
，ky≤j≤my，建立瓦片节点o
l，k，j，children
（l表示节点所在层级，k、j表示瓦片编号，children表示当
前节点所包含的子节点列表），该瓦片所包含的数据范围minxk，minyj，maxxk，maxyj根据下式计算，；s153， 遍历原始瓦片，如果某原始瓦片包含于当前瓦片节点o
l，k，j，children
数据范围内，则将该原始瓦片添加到当前瓦片节点的children列表。如果原始瓦片遍历结束，当前瓦片节点的children列表为空，则当前瓦片节点为无效节点，不予保留，否则，当前瓦片节点为有效节点，予以保留；s154，执行步骤s152
‑ꢀ
s153完毕，则得到了第l层四叉树的所有节点；s16依照步骤s15依次建立第l-1至第1层的四叉树节点，即可得到顶层四叉树t，如图2是顶层四叉树构建示意图。
18.s2，四叉树各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，具体为采用规则格网方法来抽稀顶点，并使用delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建：s21，从最底层即第l层开始重建模型，依次遍历当前层有效节点；s22，创建顶点数据集v，纹理图像列表img，有效顶点数据集w；s23，依次遍历当前节点的children列表，解析出顶点数据集dv、纹理图像集io，并将其分别存入v和img集合中；s24，根据当前节点数据范围minxk，minyj，maxxk，maxyj和预设的分辨率res（此处设为2.0）构建规则格网，则规则格网内任意一点（m，n）的坐标按下式计算，；s25，对于规则格网的每一点，依次遍历顶点数据集，找到离该格网点最近的顶点，存入有效顶点数据集w，遍历完规则格网点，则得到了抽稀后的有效顶点数据集w；s26，使用delaunay三角剖分算法对数据集w重新构建三维模型；s27，根据原模型纹理对抽稀后的构建的新模型的顶点进行赋色，然后保存当前节点的模型数据；s28，重复步骤s21
‑ꢀ
s27，建立当前层所有节点的三维模型并保存；s29，依次建立第l-1至第1层所有节点的三维模型数据。
19.如图3是某个节点瓦片重建示意图。
20.将本发明方法的处理结果与cesiumlab 3.0.8商用软件的处理结果相比较，本发明方法能够极大地降低顶层重建的时间，缩减率高达98.6%，重建后数据文件大小也缩减了27.7%，说明本发明方法效率高。
21.以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：
1.osgb三维模型快速顶层重建方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，获取osgb三维模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树t；具体步骤为：s11，获取osgb三维模型数据和属性数据，假设其包含n个瓦片，单个瓦片长宽尺寸均为s，模型原点为（x0，y0，z0）；s12，依次读取n个瓦片的根节点，获取每个瓦片的数据范围minx
i
，miny
i
，minz
i
，maxx
i
，maxy
i
，maxz
i
，i为瓦片编号，1≤i≤n；minx
i
，miny
i
，minz
i
分别表示第i个瓦片在x、y、z方向的最小值，maxx
i
，maxy
i
，maxz
i
分别表示第i个瓦片在x、y、z方向的最大值；s13，根据各瓦片的数据范围，按照下式计算整个模型的数据范围minx0，miny0，minz0，maxx0，maxy0，maxz0；minx0，miny0，minz0分别表示整个模型在x、y、z方向的最小值，maxx0，maxy0，maxz0分别表示整个模型在x、y、z方向的最大值；；式中，minimum表示取最小值；maximum表示取最大值；s14，根据下式计算顶层四叉树的层级数l；；式中，d为三维模型在x方向长度和y方向长度中的最大值；s15，构建第l层四叉树的节点，具体包括：s151，计算第l层x方向和y方向的瓦片起始编号k
x
，k
y
，以及结束编号m
x
，m
y
；；式中，表示取整运算；为第l层瓦片的长宽尺寸；s152，依次循环遍历当前层瓦片，假设某瓦片编号为（k，j），k
x
≤k≤m
x
，k
y
≤j≤m
y
，建立瓦片节点o
l，k，j，children
，l表示节点所在层级，k、j表示瓦片编号，children表示当前节点所包含的子节点列表，该瓦片所包含的数据范围minx
k
，miny
j
，maxx
k
，maxy
j
根据下式计算：； minx
k
，miny
j
分别表示该瓦片在x、y方向的最小值，maxx
k
，maxy
j
分别表示该瓦片在x、y方向的最大值；s153，遍历原始瓦片，如果某原始瓦片包含于当前瓦片节点o
l，k，j，children
数据范围内，则将该原始瓦片添加到当前瓦片节点的children列表；如果原始瓦片遍历结束，当前瓦片节
点的children列表为空，则当前瓦片节点为无效节点，不予保留，否则，当前瓦片节点为有效节点，予以保留；s154，执行步骤s152
‑ꢀ
s153完毕，得到第l层四叉树的所有节点；s16，依照步骤s15依次建立第l-1至第1层的四叉树节点，得到顶层四叉树t ；s2，对四叉树t各层级节点数据重建，采用自底向上的方式逐层重建三维模型，采用规则格网方法来抽稀顶点，并使用delaunay三角剖分算法对抽稀后的顶点进行三维重建。2.如权利要求1所述的osgb三维模型快速顶层重建方法，其特征在于，所述s1中构建第l层四叉树的节点，第l层瓦片的长宽尺寸，第l-1层瓦片的长宽尺寸，第l-2层瓦片的长宽尺寸，
…
，第一层瓦片的长度尺寸 。3.如权利要求1所述的osgb三维模型快速顶层重建方法，其特征在于，所述s2的具体过程为：s21，从最底层即第l层开始重建模型，依次遍历当前层有效节点；s22，创建顶点数据集v，纹理图像列表img，有效顶点数据集w；s23，依次遍历当前节点的children列表，解析出顶点数据集d
v
、纹理图像集i
o
，并将其分别存入v和img集合中；s24，根据当前节点数据范围minx
k
，miny
j
，maxx
k
，maxy
j
和预设的分辨率res构建规则格网，则规则格网内任意一点（m，n）的坐标按下式计算；s25，对于规则格网的每一点，依次遍历顶点数据集，找到离该格网点最近的顶点，存入有效顶点数据集w，遍历完规则格网点，得到抽稀后的有效顶点数据集w；s26，使用delaunay三角剖分算法对数据集w重新构建三维模型；s27，根据原模型纹理对抽稀后构建的新模型的顶点进行赋色，然后保存当前节点的模型数据；s28重复步骤s21
‑ꢀ
s27，建立当前层所有节点的三维模型并保存；s29，依次建立第l-1至第1层所有节点的三维模型数据。

技术总结
本发明属于三维模型数据处理技术领域，具体是一种OSGB三维模型快速顶层重建方法。本发明首先获取OSGB倾斜模型，根据各瓦片数据范围及其邻接关系按照四叉树方式向上合并，构建顶层四叉树T，再对四叉树各层级节点采用自底向上的方式逐层重建三维模型，并在重建过程中保留各层级间的相互链接关系，实现了OSGB三维模型快速顶层重建。本发明的方法设计合理，具有自动化程度高、效率高、成本低等特点。成本低等特点。成本低等特点。


技术研发人员：陈科 汪诗奇 王莹 李曦凌 郜士彬 许世民 保振永 叶洪剑 姜咏絮 毛云华 王学辉 许兴贵 张正梅
受保护的技术使用者：南方电网调峰调频发电有限公司鲁布革水力发电厂
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/12