本發(fā)明涉及三維可視化仿真
技術領域：
，具體涉及一種海量路網(wǎng)實時精細化三維建模與渲染方法。
背景技術：
：隨著大數(shù)據(jù)技術的普及應用，數(shù)字地球以及平面大規(guī)模海量地形三維可視化成為大數(shù)據(jù)應用的基礎組件之一。而伴隨虛擬現(xiàn)實技術硬件技術的發(fā)展，對三維大規(guī)模地形的顯示精度要求越來越高，包括植被，建筑群和路網(wǎng)等。伴隨大數(shù)據(jù)可視化技術在交通設計、道路規(guī)劃等領域的深入應用，對鐵路、公路和交通實體進行精細化三維建模已成為新的技術發(fā)展趨勢，目前也出現(xiàn)了如虛擬三維城市道路，虛擬鐵路，虛擬高速公路等較為真實的三維建模技術。然而，目前對于公路、鐵路以及水運等路網(wǎng)的三維模型的構建方式主要依賴專業(yè)建模人員依據(jù)各種三維建模軟件以手動方式構建，需要耗費巨大的人力物力，而基于矢量簡化信息的大規(guī)模路網(wǎng)顯示無法做到三維模型精細化顯示。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種海量路網(wǎng)實時精細化三維建模與渲染方法，可以很好地解決現(xiàn)有三維模型構建采用手動方式耗時耗力，且無法做到精細化顯示的問題。為達到上述要求，本發(fā)明提供一種海量路網(wǎng)實時精細化三維建模與渲染方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、構建路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫、模型屬性數(shù)據(jù)庫、三維地形模型數(shù)據(jù)庫及三維地形分頁數(shù)據(jù)庫；S2、通過對路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫的鋪設長度、空間坐標及空間姿態(tài)進行計算，得到子模型精確三維預設信息；S3、將海量重復的三維子節(jié)點模型從路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫中調(diào)出，并根據(jù)子模型精確三維預設信息和每段路網(wǎng)模型屬性特征值使三維子節(jié)點模型沿著路網(wǎng)矢量線路在三維地形模型中進行預設；S4、對路網(wǎng)三維子模型的三維空間姿態(tài)進行調(diào)整；S5、對經(jīng)調(diào)整后的路網(wǎng)三維子模型進行實時黏結(jié)，得到海量路網(wǎng)三維模型；S6、對海量路網(wǎng)三維模型進行渲染優(yōu)化。該方法具有的優(yōu)點如下：(1)對鐵路、公路、河流等三維路網(wǎng)形狀進行抽象提煉，可知構建海量路網(wǎng)三維模型在幾何特征上具有共性，因而在構建大規(guī)模的路網(wǎng)三維模型的過程中，可以通過事先構建路網(wǎng)子模型數(shù)據(jù)庫，再結(jié)合相應路段三維地形數(shù)據(jù)以及線路矢量數(shù)據(jù)，來迅速布設路網(wǎng)子模型，進一步對子模型的三維姿態(tài)進行調(diào)整與拼接，輔助專業(yè)建模和大規(guī)模場景設計人員快速構建海量路網(wǎng)三維模型；(2)運用曲面細分技術優(yōu)化所構建的三維路網(wǎng)模型，提高構建海量路網(wǎng)精細化三維模型的速度并降低三維建模成本，從而達到對大量重復性三維建模工作簡化并快速渲染的目的；(3)借助三維渲染引擎對模型進行渲染表現(xiàn)，從而給城市設計規(guī)劃、交通運輸管理等應用場景提供精細化三維路網(wǎng)信息可視化。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，在這些附圖中使用相同的參考標號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：圖1為本申請的流程示意圖；圖2為本申請路網(wǎng)線路平面與縱斷面分類示意圖；圖3為本申請路網(wǎng)三維子模型三維姿態(tài)調(diào)整示意圖。具體實施方式為使本申請的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本申請作進一步地詳細說明。為簡單起見，以下描述中省略了本領域技術人員公知的某些技術特征。本申請?zhí)峁┮环N海量路網(wǎng)實時精細化三維建模與渲染方法，如圖1所示，包括以下步驟：S1、構建路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫、模型屬性數(shù)據(jù)庫、三維地形模型數(shù)據(jù)庫及三維地形分頁數(shù)據(jù)庫；該步驟具體為：根據(jù)實際路網(wǎng)線路類型構建相應的路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫，包括鐵路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫、公路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫及水運路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫；并針對每個所述路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫構建相應的模型屬性數(shù)據(jù)庫；構建包括地形高程數(shù)據(jù)、路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)及相應區(qū)域衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的三維地形模型數(shù)據(jù)庫，還原真實路網(wǎng)線路信息以及三維環(huán)境信息，即路網(wǎng)三維子模型相應高程、背景紋理貼圖等信息；根據(jù)所述地形高程數(shù)據(jù)和相應區(qū)域衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，借助相應GIS工具以切片分割方式構建基于LOD模型的三維地形分頁數(shù)據(jù)庫。各個數(shù)據(jù)庫的詳細介紹如下：鐵路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫包括橋梁、隧道、路基、軌道板結(jié)構、接觸網(wǎng)、接觸網(wǎng)支柱、道岔、鋼軌、扣件、軌枕、道床板、橋梁、橋墩、車站、站臺、信號機等三維模型；公路路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)庫包括立交橋、單幅路、雙幅路、三幅路、四幅路三維模型、路標、路燈、護欄、街道建筑等輔助建筑、景觀植被等三維模型；水運路網(wǎng)三維模型數(shù)據(jù)包括燈塔、河道、水流、船只、植被等三維模型；模型屬性數(shù)據(jù)庫主要包括模型類型數(shù)據(jù)、地理位置信息及模型高程數(shù)據(jù)；三維地形分頁數(shù)據(jù)庫主要由地形高程數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)運用金字塔模型對海量地形數(shù)據(jù)按照從低層次到高層次的順序進行切片分塊，構建出三維地形分頁(LOD)數(shù)據(jù)庫，便于后期三維可視化引擎渲染；路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)庫主要包括三維地形中路網(wǎng)線路的矢量信息，即對整體路網(wǎng)線路在空間中信息描述的數(shù)據(jù)庫。S2、通過對路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫的鋪設長度、空間坐標及空間姿態(tài)進行計算，得到子模型精確三維預設信息。該步驟具體為：計算空間姿態(tài)，如圖2所示，將線路平面路網(wǎng)類型抽象為直線段、圓曲線段和緩和曲線段，根據(jù)路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)計算相應路段曲率半徑從而判斷路網(wǎng)線路的路網(wǎng)類型，確定路網(wǎng)三維子模型在線路平面內(nèi)的二維姿態(tài)；對路網(wǎng)三維子模型在線路平面內(nèi)二維姿態(tài)進行計算，確定模型鋪設起始點以及線路中線初始鋪設方向，對路網(wǎng)線路進行光滑化處理后，調(diào)整初步確定空間位置的子模型在線路平面中擺放姿態(tài)。下述為三種類型的路網(wǎng)線路子模型在二維線路平面內(nèi)位置坐標計算方法：1)緩和曲線段緩和曲線上點p的坐標計算公式如下所示。其中l(wèi)為p點距離直緩點的里程值，l0為緩和曲線長。x=l-l540R2l02+l93456R4l04y=l36C-l7336R3l03+l1142240R5l05---(1)]]>2)圓曲線段圓曲線上點p的坐標計算公式如下所示。其中R為圓曲線的半徑，β0緩和曲線的切線角，m為切垂距，p為圓曲線內(nèi)移距。x=Rsin(l-l0R+β0)+my=R(1-cos(l-l0R+β0))+p---(2)]]>3)直線段直線段的點位采用坐標正算進行計算。x′和y′為緩直點的坐標，A為緩直點的方位角。x=x′+lsinAy=y′+lcosA---(3)]]>如圖2所示，對線路縱斷面坡段長度、坡度值進行計算，確定路網(wǎng)三維子模型在線路縱斷面的二維姿態(tài)；計算鋪設長度和空間坐標，在三維地形模型中導入路網(wǎng)線路矢量數(shù)據(jù)，通過模型地理位置信息計算獲得路網(wǎng)三維子模型鋪設總長度、線路狀況及相應路網(wǎng)三維子模型模型的鋪設高程值。S3、將海量重復的三維子節(jié)點模型從路網(wǎng)三維子模型數(shù)據(jù)庫中調(diào)出，并根據(jù)所述子模型精確三維預設信息和每段路網(wǎng)模型屬性特征值使三維子節(jié)點模型沿著路網(wǎng)矢量線路在三維地形模型中進行預設；S4、對路網(wǎng)三維子模型的三維空間姿態(tài)進行調(diào)整，圖3中的(a)(b)(c)分別表示了鐵路路網(wǎng)子模型、公路路網(wǎng)子模型、水運路網(wǎng)子模型的三維姿態(tài)調(diào)整示意圖，主要對模型沿著空間直角坐標系XYZ三個軸線的旋轉(zhuǎn)角進行如下控制：路網(wǎng)三維子模型坡度角控制調(diào)整，由坡度角進一步確定路網(wǎng)三維子模型在線路縱斷面姿態(tài)，調(diào)整路網(wǎng)三維子模型在線路中的坡度；即坡度角調(diào)整用于控制路網(wǎng)三維子模型繞Y軸方向的姿態(tài)，即表現(xiàn)線路縱斷面的坡度信息；路網(wǎng)三維子模型側(cè)方位角調(diào)整，調(diào)整側(cè)方位角控制路網(wǎng)三維子模型在線路平面內(nèi)的二維姿態(tài)，計算得出路網(wǎng)三維子模型圓曲線段部分的超高；即主要用于控制模型繞X軸方向的姿態(tài)，用于表現(xiàn)路網(wǎng)子模型曲線部分的超高狀況；路網(wǎng)三維子模型方位角控制調(diào)整，控制路網(wǎng)三維子模型在線路平面的方向角，確定路網(wǎng)三維子模型在線路平面中的鋪設擺放方向；即主要用于控制模型繞Z軸方向的姿態(tài)，用于表現(xiàn)路網(wǎng)線路的走向狀況。S5、對經(jīng)調(diào)整后的路網(wǎng)三維子模型進行實時黏結(jié)，得到海量路網(wǎng)三維模型；S6、對所述海量路網(wǎng)三維模型進行渲染優(yōu)化。該步驟具體為：運用曲面細分建模技術通過著色器編程對所述海量路網(wǎng)三維模型進行快速頂點插值生成，使得所構建海量路網(wǎng)三維模型更為精細，得到得到海量路網(wǎng)精細化三維模型；通過三維渲染引擎對海量路網(wǎng)精細化三維模型中需要渲染的場景模型進行視景剪裁渲染，最終實現(xiàn)對所建海量路網(wǎng)三維模型的快速顯示。當前第1頁1 2 3