[发明专利]利用体网格简化建筑三维模型结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于互联网络的城市三维可视化模型的创建方法，具体是一种利用体网格简化建筑三维模型结构的方法。

背景技术

目前,城市三维可视化，目的是根据真实的城市制作出三维模型，使用户能在计算机屏幕中观测到三维模型表示的城市并进行互动。

该项技术存在两个固有难点，第一是对城市三维模型的建模，第二是建模所产生的非常大量的数据。而本发明主要针对后者难点。

由于城市中存在的任何一种元素都是数以万计的，而一种元素中各个对象之间，例如某一建筑物与另一建筑物，也是千差万别；而且传统的三维网格模型本身储存的数据格式，至少需要储存构成三维模型的顶点(Vertex)与面(Face)的信息，用整数(integer)或浮点(floating)数据类型记录这些信息所产生的数据量本身就不小; 而城市中存在的任何一种元素都是数以万计的，而一种元素中各个对象之间，例如某一建筑物与另一建筑物，也是千差万别的。所以城市三维建模所产生的数据量是异常庞大，往往以吉字节（GB）为单位计算的。这样庞大的数据量，即算在网络技术发达的今天，除非对三维模型精度或互动操作作出严苛的限制，否则要通过网络传输实现流畅的实时渲染是几乎不可能的，因此存在网络传输困难，低效的缺陷。

在多数情况下，要实用三维网格实现城市三维可视化，为了减少数据量的产生，必须大大减低三维网格的复杂度，而且使用精度较低的纹理贴图，导致三维可视化视觉效果强差人意，存在视觉效果较差的缺点。

另外，国内一些IT企业开发出假三维（2.5D）的城市可视化系统。首先制作出精细的三维城市模型，然后以单一观察角度渲染出真实巨大的三维效果图，在用户交互时再根据用户的视觉位置传送位置相对的效果图。假三维（2.5D）图像该技术使用单一视角的预渲染，用户实际见到的只是预渲染结果的图像。无法自由导航，改变观测角度等交互，存在互动的限制。由于这一限制，除了地图应用以外，可以实现的实际应用非常少。

另一方面，大量的数据必然产生大量内存的消耗，一个大型城市的模型数据往往会产生数十GB的内存（尤其是显存）。这样的数据量很难在只有数GB内存或显存的普通家用或商用电脑上实现实时的大范围城市三维可视化，存在无法实时渲染的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用利用体网格简化建筑三维模型结构的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

利用体网格简化建筑三维模型结构的方法，包括以下步骤：

A、基于实际建筑物具有大量直角结构的属性，利用规则的三维体网格逼近建筑物；

B、结合具有相同材质的体素进行简化，其结果为具有非等分的空间划分的不规则三维体网格，新的三维体网格为含有数量较少而且体积不同的体素；

C、对上述的简化后的三维体网格在同一维度方向沿纵深面的体素为间隔进行切片，形成多层由像素组成的二维图像数据，而每一个像素记录的是原模型材质的颜色，这个新的二维图像数据就是结构简化图像（Simplified-structure Image, 简称SSI）;

D、构建分层结构(Hierarchical level)：根据建筑结构元素的重复性，对C中简化后的三维体网格中的体素进行逐级细分。首先用一个体素包含并代表整个三维体网格，本体素此时为0层，将0层体素根据结构细节或者重复结构划分为多个子体素，使得每个子体素包含并代表部分细节，此时，子体素为1层；以此类推分离出重复使用的结构元素，并单记录下该结构简化图像和属性；0层的体素是1层体素的父体素，1层体素是2层体素的父体素，一个子体素本身是一个独立的结构，用以被父体素调用；

E、最后将步骤D中所获得的数据以及用于重构三维信息的辅助数据，编码保存为数字图像的数据格式，得到一种被称为多层式结构简化图像（Multilevel SSI Image，简称MSI）的数据格式，从而得到简化的建筑三维模型数据。

利用体网格简化建筑三维模型结构的方法，经过步骤D得到MSI的数据格式后，再利用图像的无损压缩算法压缩MSI，从而得到简化的建筑三维模型数据。

所述结构简化图像属性，包括SSI属性文件，所述SSI属性文件包含以下数据：

－ 颜色的选取S（s±x，s±y，s±z），6个像素储存当前SSI所表示的结构的平均颜色，渲染时用。