專利名稱：一種城市建筑模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)對建筑模型處理方法，尤其是指一種三維城市模型的漸進(jìn)壓縮和 傳輸方法。
背景技術(shù)：
三維城市模型(3DCM)作為城市的三維逼真描述，為城市建設(shè)和規(guī)劃等相關(guān)領(lǐng)域提供了具 有真實(shí)表現(xiàn)力的應(yīng)用模型。三維城市模型從英國Bath城的三維計(jì)算機(jī)模型建立開始，自20 世紀(jì)90年代有了較大的發(fā)展，受到了越來越廣泛的關(guān)注，并且得到了大規(guī)模的應(yīng)用。
城市三維景觀中，建筑物和地形是城市中最需要關(guān)注的地物類型。然而，造型豐富，數(shù) 量龐大的建筑物模型是城市化建設(shè)的重要標(biāo)志之一，建筑物模型在三維城市模型中占有相當(dāng) 大的比重，建筑物模型的可視化效果對于整個三維城市模型的逼真表達(dá)具有其他地物類型不 可替代的作用。
然而，建筑物模型所具有的相片質(zhì)感的逼真紋理特征和復(fù)雜的三維幾何結(jié)構(gòu)造成了三維 城市模型應(yīng)用時高度逼真表現(xiàn)和系統(tǒng)性能之間的矛盾?？紤]到不同專業(yè)領(lǐng)域?qū)ㄖ锬Ｐ偷?真實(shí)感表現(xiàn)有不同程度的需求，多細(xì)節(jié)層次(Level of detail, LOD)技術(shù)成為三維城市模型研究 中的有效方法之一。
LOD理論被廣泛的用于飛機(jī)仿真，復(fù)雜三維場景的快速繪制、交互可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)等 領(lǐng)域。其基本思想時對同一場景或場景中的物體，使用不同細(xì)節(jié)的描述方法得到一組模型， 在圖形繪制中依據(jù)視點(diǎn)選擇合適的細(xì)節(jié)層次模型進(jìn)行繪制。LOD描述模型更符合人的認(rèn)知特 征， 一方面是提高實(shí)時調(diào)度渲染速度和解決不同尺度下3D分析的一條重要途徑，另一方面 處于數(shù)據(jù)獲取和應(yīng)用需求的多樣性，不同的應(yīng)用往往要生產(chǎn)不同細(xì)節(jié)層次的模型數(shù)據(jù)。
LOD技術(shù)可以分為靜態(tài)LOD技術(shù)和動態(tài)LOD技術(shù)兩類。靜態(tài)LOD技術(shù)預(yù)先生成并存 儲多個簡化模型，它的優(yōu)點(diǎn)在于省略了實(shí)時簡化模型的處理時間，另一方面占用了更多的存 儲空間，而且不同精細(xì)程度的模型間切換會產(chǎn)生視覺效果的突變。動態(tài)LOD技術(shù)根據(jù)視點(diǎn)動 態(tài)地生成簡化模型，目的在于保證模型連續(xù)平滑地過渡，不產(chǎn)生視覺效果的突變。
目前，大多數(shù)模型簡化算法主要是針對一般幾何模型的簡化，特別是對連續(xù)的自由網(wǎng)格 曲面，如三維城市模型研究與技術(shù)中，基于真實(shí)數(shù)據(jù)的大范圍地形LOD技術(shù)己取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn) 展，許多基于規(guī)則網(wǎng)格的連續(xù)LOD算法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模地形的實(shí)時現(xiàn)實(shí)，其中有代表性的 有基于四叉樹的實(shí)時連續(xù)LOD算法(Continuous Level of Detail, CLOD)，實(shí)時優(yōu)化的自適應(yīng)網(wǎng) 格算法(Real Time Optimally Adapting Meshes, ROAM)以及視點(diǎn)相關(guān)的漸進(jìn)網(wǎng)格算法(ViewDependent Progressive Meshes, VDPM)等。
然而，與大規(guī)模地形LOD地形所取得的進(jìn)展相比，對建筑物這樣的不規(guī)則幾何體的多細(xì) 節(jié)層次的研究尚處于初級階段。由于大量人工建筑的幾何形態(tài)表象差異很大，難以將其細(xì)節(jié) 層次進(jìn)行統(tǒng)一的定量化規(guī)定，需要根據(jù)三維城市模型數(shù)據(jù)的有用性和可獲取性等因素分別考 慮。至今，如何有效地規(guī)劃和表達(dá)城市三維景觀中的建筑物模型的多細(xì)節(jié)層次、壓縮和傳輸， 根據(jù)不同應(yīng)用范圍和數(shù)據(jù)獲取條件規(guī)劃各個細(xì)節(jié)層次模型的特點(diǎn)成為三維城市模型應(yīng)用和數(shù) 碼城市建設(shè)急需解決的問題之一。另外，現(xiàn)有的大部分城市建筑模型的LOD方法都是靜態(tài)型 的，并不支持漸進(jìn)傳輸?shù)囊?，而且場景的表示?shù)據(jù)量增加，使得增加場景的數(shù)據(jù)傳輸負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對背景轉(zhuǎn)術(shù)的不足之處，目的是提供一種城市建筑模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法， 根據(jù)該方法， 一個復(fù)雜的城市建筑模型場景能表示成一系列分層的壓縮的碼流形式，而且每 層的數(shù)據(jù)流遠(yuǎn)小于原有模型數(shù)據(jù)量，有利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的的方法是基于場景中建筑模型的幾何特性將相似的建筑幾何模型進(jìn)行迭 代合且進(jìn)行有效的形狀逼近，它包括如下步驟-
步驟一對三維城市模型進(jìn)行分類，分為道路，邊界，小區(qū)，建筑節(jié)點(diǎn)和地標(biāo)；
步驟二對每一個建筑模型，求出它的最小方向包圍多邊形盒；兩個建筑物的距離度量為 其最小多邊形包圍盒的距離，定義如下
(Aea(尸u0)
式中尸，2為2個建筑的最小多邊形包圍盒，Jrea(尸)為尸在地面的投影的面積，Area(Q) 為Q在地面的投影的面積，( f/g卩為P和Q在地面并集部分的投影的面積，cr為大 于0的距離計(jì)算參數(shù)，^(尸,2)為P和Q在地面部分區(qū)域的Hausdorff距離，各數(shù)值的單位
為相同計(jì)量單位，如都為米、厘米，平方米或平方厘米等。
作為優(yōu)選，上述的一種城市建筑模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法，所述的距離計(jì)算的參數(shù)《為 1-3之間。作為更佳選擇，所述的距離計(jì)算的參數(shù)a為2。
步驟三對建筑模型進(jìn)行層次性的合并操作，具體包括
(1) 對屬于同一小區(qū)的建筑模型根據(jù)建筑朝向，距離，方位等信息進(jìn)行合并；
(2) 對不同小區(qū)，如果它們不在道路的兩旁，也根據(jù)小區(qū)的距離、方位等信息進(jìn)行合 并；
(3) 在各個合并過程中保留邊界信息；(4)在各個合并過程中對某些地標(biāo)建筑需要特殊處理，或者不進(jìn)行合并。 步驟四將建筑模型的合并過程組織成一棵層次合并樹來表達(dá)；
步驟五對層次合并樹的每個非根節(jié)點(diǎn)，將合并的過程表達(dá)成一些簡易的操作算子；
步驟六將操作算子進(jìn)行編碼，并且串連成連續(xù)的碼流；
步驟七對各建筑的最小方向包圍多邊形盒進(jìn)行幾何壓縮和編碼；
步驟八將步驟七和步驟六中的碼流進(jìn)行拼接，形成總的碼流。
本發(fā)明可應(yīng)用于大規(guī)模城市漫游系統(tǒng)。
有益效果本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 一個復(fù)雜的城市建筑模型場景能表示成一系列分層的壓縮 的碼流形式，而且每層的數(shù)據(jù)流遠(yuǎn)小于原有模型數(shù)據(jù)量，從而減少了場景的數(shù)據(jù)存儲量。 說明書附圖


圖1本發(fā)明實(shí)施的城市顯示系統(tǒng)的建筑數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖； 圖2城市場景建筑模型數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)； 圖3單個建筑的有向包圍盒； 圖4多個建筑的層次性合并的多邊形包圍盒； 圖5建筑模型經(jīng)過壓縮表示為漸進(jìn)碼流的過程。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明方法的具體內(nèi)容提供以下實(shí)施例
本實(shí)施所使用的三維城市建筑模型為浙江某某地區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的場景數(shù)據(jù)，包括4平方 公里范圍內(nèi)的17000多個建筑模型。
運(yùn)行本發(fā)明方法的設(shè)備為普通個人計(jì)算機(jī)，其具體配置為Pentium 2.7Q 1G內(nèi)存，160G 硬盤。軟件平臺為Windows XP。
具體實(shí)施情況如下
步驟一對場景模型進(jìn)行分類，包括道路，邊界，小區(qū)，建筑節(jié)點(diǎn)和地標(biāo)等類型； 步驟二計(jì)算各建筑模型的合并順序；按下述公式計(jì)算
其中選擇a為2;
步驟三將合并過程進(jìn)行編碼記錄；
步驟四將編碼后的碼流存儲在計(jì)算機(jī)服務(wù)器上；
步驟五利用計(jì)算機(jī)繪制手段，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示三維城市場景 (1)從服務(wù)器接收基本碼流，顯示場景的基本層；(2) 從服務(wù)器接收第一細(xì)節(jié)層碼流，顯示場景的第一層信息，場景更為復(fù)雜；
(3) 從服務(wù)器接收第二細(xì)節(jié)層碼流，顯示場景的第二層信息，場景更為復(fù)雜；
(4) 以此類推，直到從服務(wù)器接收完所有細(xì)節(jié)層碼流，整個場景顯示完畢。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于上 述實(shí)施例，還可以許多的操作組合。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出 或聯(lián)想到的所有情形，均應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種城市建筑模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法，該方法是一種基于建筑幾何信息的方法，它將城市建筑物的幾何模型分解為一系列的表達(dá)緊湊的壓縮數(shù)據(jù)流，其特征在于以漸進(jìn)方式對建筑幾何模型進(jìn)行壓縮和傳輸，它包括如下步驟(1)對三維城市模型進(jìn)行分類，分為道路，邊界，小區(qū)，建筑節(jié)點(diǎn)和地標(biāo)；(2)對每一個建筑模型，求出它的最小方向多邊形包圍盒及距離；(3)按各建筑模型的最小包圍盒的體積從小到大計(jì)算它們的合并順序；(4)將合并過程進(jìn)行編碼記錄；(5)將編碼后的碼流存儲在計(jì)算機(jī)服務(wù)器上；(6)從服務(wù)器上不斷獲取碼流，利用計(jì)算機(jī)繪制手段，在計(jì)算機(jī)屏幕上由粗到細(xì)顯示三維城市場景。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市建筑模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法，其特征在于兩個建筑 物的距離度量為其最小多邊形包圍盒的距離，定義如下<formula>formula see original document page 2</formula>式中P,g為2個建筑的最小多邊形包圍盒，^^a(P)為P在地面的投影的面積，Area(Q) 為Q在地面的投影的面積，^rea tf t; 為P和Q在地面交集部分的投影的面積，"為大 于0的距離計(jì)算參數(shù)，d(:c,力為兩個點(diǎn)x,:v之間的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種城市建筑模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法，其特征在于距離計(jì)算的 參數(shù)a為1-3之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種城市建筑模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法，其特征在于距離計(jì)算的 參數(shù)a為2。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種計(jì)算機(jī)對建筑模型處理方法，尤其是指一種三維城市模型的漸進(jìn)壓縮和傳輸方法。本發(fā)明是通過對城市道路，邊界，小區(qū)，建筑節(jié)點(diǎn)和地標(biāo)等進(jìn)行分類，然后再通過一定的計(jì)算方式進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，根據(jù)特定的合并順序進(jìn)行數(shù)值合并，合并過程中也采用一定的樹型模型，然后進(jìn)行編碼、壓縮等技術(shù)手段，不斷從服務(wù)器上獲取碼流，利用計(jì)算機(jī)繪制手段，在計(jì)算機(jī)屏幕上由粗到細(xì)顯示三維城市場景。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是一個復(fù)雜的城市建筑模型場景能表示成一系列分層的壓縮的碼流形式，而且每層的數(shù)據(jù)流遠(yuǎn)小于原有模型數(shù)據(jù)量，從而減少了場景的數(shù)據(jù)存儲量。本發(fā)明可應(yīng)用于大規(guī)模城市漫游系統(tǒng)。
文檔編號G06T17/00GK101408990SQ20081012028
公開日2009年4月15日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者劉利剛 申請人:杭州科瀾信息技術(shù)有限公司