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一种建设工程模型在线三维可视化方法.pdf

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一种 建设 工程 模型 在线 三维 可视化 方法
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摘要
申请专利号:

CN201710003596.4

申请日:

2017.01.04

公开号:

CN106683183A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

?#34892;?#24615;:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G06T 17/05申请日:20170104|||公开
IPC分类号: G06T17/05(2011.01)I 主分类号: G06T17/05
申请人: 重庆市勘测院
发明人: 何兴富; 薛梅; 陈良超; 陈翰新; 王国牛; 向泽君; 刘金榜; 王俊勇; 胡章杰; 唐相桢; 李锋; 王阳生; 李响; 李劼; 詹勇; 邱月; 胡颖; 张艺; 蓝图; 陈光; 刘局科
地址: 400020 重庆市江北区电测村231号
优先权:
专利代理机构: ?#26412;?#31185;亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350 代理人: ?#34013;?#20964;
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法律状态
申请(专利)号:

CN201710003596.4

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种建设工程模型在线三维可视化方法,属于建设工程领域。包括以下步骤:首先,利用建设工程设计成果开展基于高精度地形的三维模拟,其次,将建设工程三维模型的空间数据转换成高精度数字高程模型,并与低精度数字高程模型数据进行融合;然后,将建设工程三维模型的相关纹理与公开获取的大范围影像数据进行镶嵌;最后,基于融合后的数字高程模型和镶嵌后的影像,叠加融合得到可视化的建设工程模型。本发明使用高精度数据资源,对建设工程三维模型进行构建;以互联网可获取的地理信息为本底,与建设工程三维模型进行融合,并将融合后的数据资源展示给公众,从而?#34892;?#35299;决了资源利用和保密政策之间的矛盾,将极大促进地理信息资源的服务能力。

权利要求书

1.一种建设工程模型在线三维可视化方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1、利用建设工程设计成果开展基于高精度地形的三维模拟:在高精度三维地形
的基础上,利用建设工程设计成果,采用三维建模软件手工建模或采用三维辅助设计?#20302;?br />构建建设工程三维模型;
步骤S2、将所述建设工程三维模型的空间数据转换成高精度数字高程模型,并与公开
获取的大范围低精度数字高程模型数据进行融合;
步骤S3、将所述建设工程三维模型的相关纹理与公开获取的大范围影像数据进行镶
嵌;
步骤S4、基于融合后的数字高程模型和镶嵌后的影像,创建数字地形模型,得到高精度
可视化的建设工程三维模型。
2.如权利要求1所述的一种建设工程模型在线三维可视化方法,其特征在于,所述步骤
S2包括:
步骤S21、将所述建设工程三维模型的空间数据进行分隔,得到多个连续的空间模型,
表示为:
CMS{CM1,CM2,…...,CMn}
其中,每个CMi代表空间上连续的三维模型片断;
步骤S22、对每个建设工程三维模型片断CMi,提取模型中的每个三维模型片断信息T,转
换成可被GIS软件识别的带有高程信息的数据格式CMFi;
步骤S23、对每个CMFi,使用GIS软件转换成数字高程模型DEM_CM;
步骤S24、对转换后的DEM_CM,使用GIS软件将其坐标转换为公开数据资源使用的坐标
?#20302;常?br />
步骤S25、对公开获取的大范围低精度数字高程模型,使用GIS软件进行处理,使其精度
与DEM_CM精度一致,得到处理后的数字高程模型DEM_NET;
步骤S26、使用GIS软件将DEM_CM和DEM_NET进行融合,得到融合后的数字高程模型DEM_
R。
3.如权利要求2所述的一种建设工程模型在线三维可视化方法,其特征在于:在所述步
骤S26中,若所述数字高程模型DEM_CM和所述数字高程模型DEM_NET存在重叠区域,则取所
述数字高程模型DEM_CM的高程值作为融合后的所述数字高程模型DEM_R的高程值;若存在
空白区域,则使用平均差值法填充相应的高程值。
4.如权利要求1所述的一种建设工程模型在线三维可视化方法,其特征在于,所述步骤
S3包括:
步骤S31、在三维展示模式下,设置相机?#20302;?#21521;垂直向下;
步骤S32、设置一个相机信息PC,表示为:
PC{X,Y,Z,Model,Wm,Wi,Step}
其中,X、Y、Z代表相机在三维空间中的位置,为?#25105;?#25968;;Model代表相机模式,可设置为
正交模式、透视模式;Wm为出图范围所代表空间实际大小,为大于0的数,Wi为出图的图像像
素大小,为大于0的整数;Step为相机每次移动的距离,为大于0的数;
步骤S33、设置一个能包含所有建设工程模型的范围D,表示为:
D{Xmin,Ymin,Xmax,Ymax}
其中:Xmin表示最小横向坐标,Ymin表示最小纵向坐标,Xmax表示最大横向坐标,Ymax
表示最大纵向坐标;
步骤S34、在D范围内,获取建设工程模型纹理,根据Step,将范围D划分为N个单元格,每
个单元格长、宽均为Step,表示为:
N{X,Y}
其中,X、Y表?#38236;?#20803;格的?#34892;?#28857;位置;N为不小于1的整数;
依次将相机位置于单元格N所在的{X,Y}位置,使用正交模式获取并保存当前场景截图
IMGxy,同?#24065;?#25454;相机信息计算并保存截图IMGxy边?#23884;?#24212;的空间位置信息FWxy,表示为:
FWxy{XL、YT,XR,YB}
其中,XL表示图像左侧横向坐标,YT表示图像上侧纵向坐标,XR表示图像?#20063;?#27178;向坐标,
YB表示图像下侧纵向坐标;根据PC的定义,XL=X-Wm/2,YT=Y+Wm/2,XR=X+Wm/2,YB=Y+Wm/
2;
步骤S35、使用GIS软件对步骤S34获取的图像进行拼接,并将其坐标转换为公开数据资
源使用的坐标?#20302;常?br />
步骤S36、使用GIS软件的影像镶嵌功能,将建设工程三维模型截取的图像与公开获取
的大范围影像数据进行镶嵌,得到镶嵌后的影像IMG_R。
5.如权利要求1所述的一种建设工程模型在线三维可视化方法,其特征在于,所述步骤
S4包括:利用数字地形处理软件,将DEM_R和IMG_R进行融合,得到最终需要展示的包含了建
设工程三维模型的数字地形模型。

说明书

一种建设工程模型在线三维可视化方法

?#38469;?#39046;域

本发明涉及工程建设领域,特别是涉及建筑工程模型在线三维可视化方法。

背景?#38469;?br />

测绘地理信息成果是关系国家主权、安全和利益的战略性信息资源,受到国家相
关保密政策的严格保护。在应用需求的驱动下,大量的测绘地理信息资源已经可以通过公
开的渠道获取与应用,但这些数据成果精度较低,仅能在宏观管理和大尺度分析服务方面
发挥作用,而在城市规划、设计和精细管理方面仍然需要精度更高的地理信息资源作为支
撑。随着政务信息化的全面开展及近年智慧城市建设的兴起,建设工程规划和设计过程中
对?#36136;?#24615;高、精度高的测绘成果需求越来越迫切,同时对数据资源的种类要求也?#25214;?#22686;多。
这与数据保密政策之间形成了无法调和的矛盾。

直接利用公开资源开展建设工程的三维展示,则精度?#36824;唬?#38590;以?#34892;?#34920;达工程信
息,但如果直接利用高精度的地理信息,因保密问题而无法达到在线应用的?#21208;輳?#36825;一矛盾
导致了数据需求和数据服务之间的信息不对等,大量高精度信息利用率低,而大量数据需
求得不到满足。

发明内容

有鉴于现有?#38469;?#19978;和管理上的上述缺陷,本发明所要解决的?#38469;?#38382;题是提供一种
建设工程模型在线三维可视化方法。本发明针对在建设工程规划和设计不同阶段的数据需
求提供差异化的服务,在三维模拟和分析阶段,使用高精度数据资源,在成果展示和公众参
与阶段,使用高精度和低精度融合的数据资源,从而?#34892;?#35299;决了资源利用和保密政策之间
的矛盾,将极大促进地理信息资源的服务能力。

为实现上述目?#27169;?#26412;发明提供了一种建设工程模型在线三维可视化方法,包括以
下步骤:

步骤S1、利用建设工程设计成果开展基于高精度地形的三维模拟:在高精度三维
地形的基础上,利用建设工程设计成果,采用三维建模软件手工建模或采用三维辅助设计
?#20302;?#26500;建建设工程三维模型;

步骤S2、将所述建设工程三维模型的空间数据转换成高精度数字高程模型,并与
公开获取的大范围低精度数字高程模型数据进行融合;

步骤S3、将所述建设工程三维模型的相关纹理与公开获取的大范围影像数据进行
镶嵌;

步骤S4、基于融合后的数字高程模型和镶嵌后的影像,创建数字地形模型,得到高
精度可视化的建设工程三维模型。

在该?#38469;?#26041;案中,在三维模拟和分析阶段,使用高精度数据资源,对建设工程三维
模型进行构建;以互联网可获取的地理信息为本底,并与建设工程三维模型进行融合,将高
精度和低精度融合的数据资源展示给公众,从而?#34892;?#35299;决了资源利用和保密政策之间的矛
盾,将极大促进地理信息资源的服务能力。

进一步而言,所述步骤S2包括:

步骤S21、将所述建设工程三维模型的空间数据进行分隔,得到多个连续的空间模
型,表示为:

CMS{CM1,CM2,......,CMn}

其中,每个CMi代表空间上连续的三维模型片断;

步骤S22、对每个建设工程三维模型片断CMi,提取模型中的每个三维模型片断信
息T,转换成可被GIS软件识别的带有高程信息的数据格式CMFi;

步骤S23、对每个CMFi,使用GIS软件转换成数字高程模型DEM_CM;值得一提的是,
采用数字高程模型DEM_CM,保证模型的精度能够体现建设工程的空间?#38468;冢?br />

步骤S24、对转换后的DEM_CM,使用GIS软件将其坐标转换为公开数据资源使用的
坐标?#20302;常?br />

步骤S25、对公开获取的大范围低精度数字高程模型,使用GIS软件进行处理,使其
精度与DEM_CM精度一致,得到处理后的数字高程模型DEM_NET;

步骤S26、使用GIS软件将DEM_CM和DEM_NET进行融合,得到融合后的数字高程模型
DEM_R。

在该?#38469;?#26041;案中,将建设工程三维模型拆分为三维模型片断,转化为高程模型,并
将其坐标转换为公开数据使用的公开坐标系,并与公开的低精度数字高程模型进行融合。
该?#38469;?#26041;案?#34892;?#20445;证能够真实?#20174;?#24314;设工程的空间形态,同时避免在线应用时使用涉密
的、高精度的地理信息资源,解决了使用和保密的矛盾。

进一步而言,在所述步骤S26中,若所述数字高程模型DEM_CM和所述数字高程模型
DEM_NET存在重叠区域,则取所述数字高程模型DEM_CM的高程值作为融合后的所述数字高
程模型DEM_R的高程值;若存在空白区域,则使用平均差值法填充相应的高程值。

在该?#38469;?#26041;案中,在两个高程模型重叠部分,选择较高精度的数字高程模型DEM_
CM,以保证能真实?#20174;?#24314;设工程的空间形态。同时,对空白区域进行插值处理,提高了高、低
精度数字地形模型之间拼接区域的自然过渡效果。

进一步而言,所述步骤S3包括:

步骤S31、在三维展示模式下,设置相机?#20302;?#21521;垂直向下;

步骤S32、设置一个相机信息PC,表示为:

PC{X,Y,Z,Model,Wm,Wi,Step}

其中,X、Y、Z代表相机在三维空间中的位置,为?#25105;?#25968;;Model代表相机模式,可设
置为正交模式、透视模式;Wm为出图范围所代表空间实际大小,为大于0的数,Wi为出图的图
像像素大小,为大于0的整数;Step为相机每次移动的距离,为大于0的数;

步骤S33、设置一个能包含所有建设工程模型的范围D,表示为:

D{Xmin,Ymin,Xmax,Ymax}

其中:Xmin表示最小横向坐标,Ymin表示最小纵向坐标,Xmax表示最大横向坐标,
Ymax表示最大纵向坐标;为简化计算,Xmin、Ymin、Xmax、Ymax取Step的整数倍;

步骤S34、在D范围内,获取建设工程模型纹理,根据Step,将范围D划分为N个单元
格,每个单元格长、宽均为Step,表示为:

N{X,Y}

其中,X、Y表?#38236;?#20803;格的?#34892;?#28857;位置;N为不小于1的整数;

依次将相机位置于单元格N所在的{X,Y}位置,使用正交模式获取并保存当前场景
截图IMGxy,同?#24065;?#25454;相机信息计算并保存截图IMGxy边?#23884;?#24212;的空间位置信息FWxy,表示为:

FWxy{XL、YT,XR,YB}

其中,XL表示图像左侧横向坐标,YT表示图像上侧纵向坐标,XR表示图像?#20063;?#27178;向
坐标,YB表示图像下侧纵向坐标;根据PC的定义,XL=X-Wm/2,YT=Y+Wm/2,XR=X+Wm/2,YB=Y
+Wm/2;

步骤S35、使用GIS软件对步骤S34获取的图像进行拼接,并将其坐标转换为公开数
据资源使用的坐标?#20302;常?br />

步骤S36、使用GIS软件的影像镶嵌功能,将建设工程三维模型截取的图像与公开
获取的大范围影像数据进行镶嵌,得到镶嵌后的影像IMG_R。

在该?#38469;?#26041;案中,提供了将所述建设工程三维模型的相关纹理与公开获取的大范
围影像数据进行镶嵌的具体方法。将建设工程模型的范围D划分单元格,并将每个单元格嵌
套进公开获取的大范围影像,提高建设工程模型的范围D内模型的显示精度。同时,将建设
工程模型的坐标转换为公开数据使用的公开坐标系,提高模型的保密性。

进一步而言,所述步骤S4包括:利用数字地形处理软件,将DEM_R和IMG_R进行融
合,得到最终需要展示的包含了建设工程三维模型的数字地形模型。

在该?#38469;?#26041;案中,将数字高程模型和纹理进行融合,形成数字地形模型。将数字高
程模型数据和三维模型的纹理数据拆分处理,?#34892;?#25552;高模型处理速度,同时,也便于模型管
理。

本发明的有益效果是:本发明通过以互联网可获取的地理信息为本底,以建设工
程精细三维模型为展示对象,通过两者的融合形成符合国?#20918;?#23494;政策要求的可在互联网上
公开展示的成果,实现建设工程在线三维展示。本发明以可公开获取的地理信息为数据源,
结合建设工程三维模拟?#38469;酰?#36890;过数字高程模型融合,实现高精度工程信息与低精度地理
信息的?#34892;?#25972;合,达到建设工程在线展示的目?#27169;?#35299;决了在当前国?#20918;?#23494;政策下地理信息
互联网应用受限、建设工程网上展示手法单一?#20219;?#39064;,为当前城乡规划、设计和建设工程提
供丰富、在线的地理信息服务提出了一个行之?#34892;?#30340;解决办法,为企业的高精度数据服务
和规划设计成果空间可视化等需求提供了?#38469;?#25903;撑。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:

如图1所示,在本发明第一实施例中,提供了一种建设工程模型在线三维可视化方
法,包括以下步骤:

步骤S1、利用建设工程设计成果开展基于高精度地形的三维模拟:在高精度三维
地形的基础上,利用建设工程设计成果,采用三维建模软件手工建模或采用三维辅助设计
?#20302;?#26500;建建设工程三维模型;

步骤S2、将所述建设工程三维模型的空间数据转换成高精度数字高程模型,并与
公开获取的大范围低精度数字高程模型数据进行融合;

步骤S3、将所述建设工程三维模型的相关纹理与公开获取的大范围影像数据进行
镶嵌;

步骤S4、基于融合后的数字高程模型和镶嵌后的影像,创建数字地形模型,得到高
精度可视化的建设工程三维模型。

值得一提的是,在本发明步骤S3中,公开获取的大范围影像可以为百度地图、谷歌
地图、高德地图,也可以政府部门公开的电子地图或纸质地图,也可以是其他形式?#24066;?#20844;开
的公开地理信息资源。此外,可公开获取:一般指公开的、范围大精度低的卫星影像、数字地
形模型、各类专题地图?#21462;?#22269;?#20918;?#23494;政策:根据保密规定,大于一定范围及精度的地理资源
属于保密信息,只能在符合保密要求的环境下使用,更不能用于互联网。

在本实施例中,步骤S2包括:

步骤S21、将所述建设工程三维模型的空间数据进行分隔,得到多个连续的空间模
型,表示为:

CMS{CM1,CM2,......,CMn}

其中,每个CMi代表空间上连续的三维模型片断;

步骤S22、对每个建设工程三维模型片断CMi,提取模型中的每个三维模型片断信
息T,转换成可被GIS软件识别的带有高程信息的数据格式CMFi;

步骤S23、对每个CMFi,使用GIS软件转换成数字高程模型DEM_CM;并保证数字高程
模型DEM_CM的精度能够体现建设工程的空间?#38468;冢?br />

步骤S24、对转换后的DEM_CM,使用GIS软件将其坐标转换为公开数据资源使用的
坐标系?#20302;常?br />

步骤S25、对公开获取的大范围低精度数字高程模型,使用GIS软件进行处理,使其
精度与DEM_CM精度一致,得到处理后的数字高程模型DEM_NET;

步骤S26、使用GIS软件将DEM_CM和DEM_NET进行融合,得到融合后的数字高程模型
DEM_R。

在本实施例步骤S26中,若所述数字高程模型DEM_CM和所述数字高程模型DEM_NET
存在重叠区域,则取所述数字高程模型DEM_CM的高程值作为融合后的所述数字高程模型
DEM_R的高程值;若存在空白区域,则使用平均差值法填充相应的高程值。

在本实施例中,步骤S3包括:

步骤S31、在三维展示模式下,设置相机?#20302;?#21521;垂直向下;

步骤S32、设置一个相机信息PC,表示为:

PC{X,Y,Z,Model,Wm,Wi,Step}

其中,X、Y、Z代表相机在三维空间中的位置,为?#25105;?#25968;;Model代表相机模式,可设
置为正交模式、透视模式;Wm为出图范围所代表空间实际大小,为大于0的数,Wi为出图的图
像像素大小,为大于0的整数;Step为相机每次移动的距离,为大于0的数;

步骤S33、设置一个能包含所有建设工程模型的范围D,表示为:

D{Xmin,Ymin,Xmax,Ymax}

其中:Xmin表示最小横向坐标,Ymin表示最小纵向坐标,Xmax表示最大横向坐标,
Ymax表示最大纵向坐标;为简化计算,Xmin、Ymin、Xmax、Ymax取Step的整数倍;

步骤S34、在D范围内,获取建设工程模型纹理,根据Step,将范围D划分为N个单元
格,每个单元格长、宽均为Step,表示为:

N{X,Y}

其中,X、Y表?#38236;?#20803;格的?#34892;?#28857;位置;N为不小于1的整数;

依次将相机位置于单元格N所在的{X,Y}位置,使用正交模式获取并保存当前场景
截图IMGxy,同?#24065;?#25454;相机信息计算并保存截图IMGxy边?#23884;?#24212;的空间位置信息FWxy,表示为:

FWxy{XL、YT,XR,YB}

其中,XL表示图像左侧横向坐标,YT表示图像上侧纵向坐标,XR表示图像?#20063;?#27178;向
坐标,YB表示图像下侧纵向坐标;根据PC的定义,XL=X-Wm/2,YT=Y+Wm/2,XR=X+Wm/2,YB=Y
+Wm/2;

步骤S35、使用GIS软件对步骤S34获取的图像进行拼接,并将其坐标转换为公开数
据资源使用的坐标?#20302;常?br />

步骤S36、使用GIS软件的影像镶嵌功能,将建设工程三维模型截取的图像与公开
获取的大范围影像数据进行镶嵌,得到镶嵌后的影像IMG_R。

在本实施例中,步骤S4包括:利用数字地形处理软件,将DEM_R和IMG_R进行融合,
得到最终需要展示的包含了建设工程三维模型的数字地形模型。值得一提的是,利用数字
高程模型(DEM)和影像叠加生成数字地形模型,是目前大多数三维地理信息软件?#32487;?#20379;的
基本功能,这种叠加只有一个条件:坐标系相同。叠加过程包括:加载DEM,加载影像,在三维
软件中将影像贴到DEM上(利用坐标,可以把DEM的每个正方形格网四个点坐标算出来,然后
对影像进行裁切,得到对应的小片影像,然后把这个小片影像贴到DEM的格网上,这个过程
跟利用3Ds Max进行手工建模是一样的。该?#38469;?#20026;现有?#38469;酰?#36825;里不再赘述。

此外,数字高程模型的融合、影像的镶嵌及利用数字高程和影像叠加生成数字地
形模型为现有成熟?#38469;酰?#36825;里不再赘述。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通?#38469;?#20154;员无
需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本?#38469;?#39046;域中?#38469;?br />人?#24065;?#26412;发明的构思在现有?#38469;?#30340;基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的
?#38469;?#26041;案,皆应在由权利要求书所?#33539;?#30340;保护范围内。

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