本發(fā)明涉及一種大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的表示方法，該方法表示的大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集排列有序、規(guī)范，支持高效存取和訪問，支持多種幾何形態(tài)的映射。

[技術(shù)背景]

近年來，體元圖形學(xué)技術(shù)已成為計算機(jī)圖形學(xué)和科學(xué)計算可視化的研究熱點；它不僅被普遍地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像，流體動力學(xué)模擬，而且還用于機(jī)械零件的表示和零件加工的模擬。體元圖形學(xué)技術(shù)是以體元為核心描述三維形體的技術(shù)，其研究內(nèi)容包括數(shù)據(jù)的輸入，存儲，構(gòu)造，建模，分析，處理，顯示和空間對象的動畫；其中，基于體元的幾何模型表示方法是研究的難點之一。

體元是構(gòu)成三維形體的單位，通常用來描述大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集，其數(shù)據(jù)表示通?？紤]3個因素：

·緊湊排列：因為體元模型數(shù)據(jù)的三維數(shù)據(jù)集，其規(guī)模一般都比較大，常常一個數(shù)據(jù)集就有幾個GB，所以應(yīng)該盡量選取緊湊的數(shù)據(jù)格式以節(jié)省計算機(jī)的存儲空間：

·高效訪問：數(shù)據(jù)的表達(dá)一定要便于在計算時進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢索，并盡量減少訪問數(shù)據(jù)帶來的時間消耗；

·簡潔映射：一方面，數(shù)據(jù)的表示方法應(yīng)能使其方便地映射為面元圖形元素，只有這樣才能保證數(shù)據(jù)快速、交互地輸出到顯示設(shè)備上：另一方面，還應(yīng)該考慮各類型數(shù)據(jù)表示方法易于轄化為這種表示 方法，否則轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程會很復(fù)雜。

目前，現(xiàn)有的通過體元描述三維形體表示大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的方法主要有三種，分別是使用六面體、四面體、三棱柱作為體元表示：

●六面體體元

這是最簡單，也是最常用的體元表示法，醫(yī)學(xué)圖像中使用的都是這種結(jié)構(gòu)，在機(jī)械CAD中也大都使用的這種結(jié)構(gòu)。體元是通過空間中相鄰的八個點定義的。其存儲結(jié)構(gòu)采用的是順序存儲結(jié)構(gòu)，也就是將空間的數(shù)據(jù)按照一個大數(shù)組進(jìn)行存儲。這樣做的好處是，體空間中點的相鄰關(guān)系很好定義。缺點是在空間密度很大的時候，需要的系統(tǒng)開銷和很大，并且效率很低。

●四面體體元

四面體體元表示法，是平面離散點三角化的三維實現(xiàn)。而針對的對象已經(jīng)

不是二維中平面，也不是三維中的曲面，而是三維中的實體。二維中三角形是

最小的區(qū)域表示單位，在三維空間中，四面體是最小的實體單位。所以四面體

體元在空間形態(tài)的表示上具有很大的靈活性，其可塑性很強(qiáng)。但是四面體體元

也有缺點。在存儲方面，因為它要表示空間中點的相鄰關(guān)系，四面體體元的存

儲是按點或者是四面體的構(gòu)造進(jìn)行存儲的。在點集很大，很密集的情 況下，四面體體元表示法，所帶來的額外存儲比六面體體元表示法還要多。在數(shù)據(jù)的操作方面，比如找到兩個點之間的聯(lián)系關(guān)系，四面體表示方法的搜索范圍會變得很大，刪除一個點的數(shù)據(jù)，就需要重新構(gòu)造相應(yīng)一部分的四面體體元。

●三棱柱體元

是四面體體元的一個變形，但是如果其某個方向上按坐標(biāo)軸方向進(jìn)行劃分的，則也可以看作是六面體體元的一次分解。如果在六面體體元的構(gòu)造中使用空間點的六鄰接域作為其鄰接域，而其他兩個方向上的距離間隔取為非均勻的，內(nèi)容上就與三棱柱表示方法相同了。在三維地質(zhì)建模的研究中已經(jīng)有嘗試使用三棱柱表示法表示三維地質(zhì)屬性體了。

綜上所述，六面體體元在空間中點的相鄰關(guān)系很好定義，但在空間密度很大的時候，需要的系統(tǒng)開銷很大，并且效率很低：四面體體元信息表達(dá)方使，易于管理，便于存儲，體元之間關(guān)系明確，但在點集數(shù)據(jù)量大，很密集的情況下，其帶來的額外存儲比六面體體元要多：三棱柱體元基于四面體和六面體之間，但應(yīng)用較少。

隨著計算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，外存空間(緊湊排列)已不再成為問題：而高效訪問和簡潔映射性成為首要考慮的因素。特別是針對大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集，減少數(shù)據(jù)訪問時間，方便快速地映射各種幾何形態(tài)，有效控制額外存儲空間成為技術(shù)的難點和趨勢所在。

[

技術(shù)實現(xiàn)要素：
]

鑒于上述原因，本發(fā)明的主要目的是提供一種表示大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的方法，該方法表示的大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集排列有序、規(guī)范，支持高效存取和訪問，支持多種幾何形態(tài)的映射。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的表示方法，其特征在于：它包括以下步驟：

第一步：將三維體數(shù)據(jù)空間區(qū)域劃分成大小固定的規(guī)則子塊，該規(guī)則子塊為邊長為n的正方體，其中n為2的自然數(shù)次冪；

第二步：將規(guī)則子塊按Z、X、Y方向依次遞增排列、編號；

第三步：將表示規(guī)則子塊體內(nèi)各種形態(tài)元素的數(shù)據(jù)按三維數(shù)組的形式存儲在相應(yīng)的規(guī)則子塊體文件內(nèi)；

第四步：將三維體數(shù)據(jù)場信息、依編號順序排列的各規(guī)則子塊體文件組成表示大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的三維體體數(shù)據(jù)文件。

本發(fā)明提出的一種大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的表示方法，與其它表示方法相比，具有以下特點：1、理論上支持各種領(lǐng)域，任意規(guī)模的三維海量數(shù)據(jù)的處理，具有通用性和廣泛性；2、基于規(guī)則子塊的結(jié)構(gòu)，簡單、靈活、存取方便且速度很快，具有高效性；3、支持各種空間幾何形態(tài)在模型中的映射，具有可映射性；支持各類型三維數(shù)據(jù)集向此類型的轉(zhuǎn)化；4、規(guī)則子塊之間在空間上拓?fù)潢P(guān)系具有連續(xù)性，規(guī)則子塊包含的數(shù)據(jù)之間具有獨立性；5、模型內(nèi)具有可分解性、可組合性，模型間具有可合并性：針對模型的處理具有并行性。

[附圖說明]

圖1為本發(fā)明三維數(shù)據(jù)場的規(guī)則子塊數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)示意圖

[具體實施方式]

由于需要表示的對象是描述三維形體的大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集，因而，首先需要有效地刻畫三維體數(shù)據(jù)空間，故，如圖1所示，本發(fā)明公開的大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的表示方法是：

1、將三維體數(shù)據(jù)空間區(qū)域劃分成大小固定的規(guī)則子塊，該規(guī)則子塊為邊長為n的正方體，其中n為2的自然數(shù)次冪：

2、將規(guī)則子塊按Z、X、Y方向依次遞增排列、編號；

3、將表示規(guī)則子塊體內(nèi)不同形態(tài)元素的數(shù)據(jù)按三維數(shù)組的形式存儲在相應(yīng)的規(guī)則子塊體文件內(nèi)；

4、將三維體數(shù)據(jù)場信息、依編號順序排列的各規(guī)則子塊體文件組成表示大規(guī)模三維數(shù)據(jù)集的三維體體數(shù)據(jù)文件。

如圖1所示，本發(fā)明用一個個排列有序、規(guī)則的子塊體表示三維數(shù)據(jù)空間；同時，將數(shù)據(jù)空間中的數(shù)據(jù)存儲在相應(yīng)的規(guī)則子塊體內(nèi)，這樣規(guī)則子塊體不僅僅是表示三維形體的最小單位，同時，也是進(jìn)行數(shù)據(jù)存取、訪問的最小單位。

本方法定義這種表示結(jié)構(gòu)為三維數(shù)據(jù)場的規(guī)則子塊數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，稱體數(shù)據(jù)表示的空間為體空間，以區(qū)別大地坐標(biāo)中的空間概念。