三维电子地图的生成方法

专利名称：三维电子地图的生成方法
技术领域：
本发明涉及一种三维电子地图生成方法。
背景技术：
近年来，随着计算机的 硬件性能的快速提升，特别是计算机图形学、三维仿真技术、虚拟现实技术以及网络通信技术的飞速发展，计算理论与软件工程理论的发展也突飞猛进。这些进步使得人机交互的实时性与显示效果的真实性同时获得成为可能。在一些应用场合，如虚拟城市、虚拟楼盘展示、虚拟景点、视频监控等系统中，传统的二维电子地图系统暴露出人机交互感差，信息传达方式呆板等缺点，为使人与电子地图能更直观、逼真地进行交互，三维电子地图开始流行起来。但三维电子地图又存在新的问题首先，在一个逼真的虚拟场景中，地形、建筑、植被等模型包含的面片(组成三维模型的基本单位)数量巨大，若想要达到实时交互的效果，必须使用具有较高性能的硬件，如CPU (中央处理单元)、GPU (Graphic Processing Unit,图形处理单元)、虚拟内存等。另一方面，三维电子地图在不同时段会有不同的利用率，如果具有较高配置的三维电子地图系统长时间闲置，势必造成了计算资源的浪费。再者，在需要三维电子地图的商业系统中，需要集成许多软件处理模块，如图形渲染器插件、三维模型制作模块、地图引擎开发组件、专题数据库等。一方面，这些价格不菲的软件模块会使整个应用系统开发与使用价格非常昂贵，令一些有该需求的中小企业无力承受；另一方面，运行基于上述配置的客户端负担过重，且随着插件以及其他功能模块的越来越丰富，使得客户端无法同时担任其它的计算任务。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较广泛适用性的三维电子地图生成方法。为实现本发明的发明目的，依据本发明优选的实施例，一种三维电子地图的生成方法，基于云计算的所述生成方法把三维电子地图场景所需模型存放入云存储空间；
响应用户端的请求匹配场景规模，分配云计算资源及所述云存储空间，配置用户端；进而依据客户端进行漫游时的路径选择，通过分配的所述云计算资源从所述云存储空间调用模型生成三维电子地图场景。依据上述的三维电子地图的生成方法，基于云计算平台，把三维电子地图系统变成了分立的功能模块，进而借助云计算平台，调用云存储空间内的模型和云计算平台的云计算，为用户提供可定制的计算服务，在客户端实现匹配三维电子地图的零配置，而通过浏览器就可以得到所需要的三维电子地图的服务。在上述的实现中，显然在需要三维电子地图服务时，不需要单独购买相关三维电子地图所需要的昂贵的费用，显然，中小公司均可以承受在短时间对云计算平台使用所产生的费用，因此，通过上述方法突破了三维电子地图商业应用的瓶颈，而使得三维电子地图具有更广泛的适用性。再者，由于所有的计算资源基本上由云计算平台所提供，因此，对客户端的配置要求也相对降低，进一步的提高了三维电子地图的适用性。依据本发明较佳的实施例，在进一步的应用中，上述三维电子地图的生成方法，当客户端停止对所分配的云计算资源使用时，注销该用户端的所述请求，释放所占用的云计算资源以及所分配的云存储空间，供其他用户使用，不会造成计算资源闲置与成本持续支出。作为互联网的新业务，三维电子地图的出现和生存肯定是和盈利分不开的，无论是现在常用的实景三位地图还是虚拟的三维地图，都需要巨大的投资来支持电子地图的时效性。如果没有一定的收入，网络三维电子地图是根本无法生存的。因此，处于盈利中成本方面的考虑，在生成三维电子地图场景的过程中通过L0D(Levels of Detail，多细节层次)计算进行场景模型渲染的资源分配，这种。资源分配模式不仅可以节约资源，而且能够为成本核算提供更好的途径。
进一步地，所述LOD计算在三维模型创建应用中的具体方法为
扫描三维电子地图场景内的所有所述模型，如果当前模型小于像素点，则将该模型从场景中删除；
若当前模型大于像素点，则扫描该模型上的所有面片，如果当前面片小于像素点，则将该面片从当前模型中删除；
记录当前场景的视场角，并记录当前场景中剩余的面片编号。从而，通过LOD计算，在三维模型渲染之前，在不影响视觉效果的前提下，消除掉不必要的模型与面片，减少计算量，降低成本之处，进一步的提高适用性。那么，上述三维电子地图的生成方法，存放于所述云存储空间的所有模型按照精细程度进行分类保存，从而，在LOD计算时或者其他对模型的调用时，可以按照精细程度对相关模型进行直接的调用，降低资源消耗，并降低计算量。进一步地，所述精细程度以模型中模型面片的数量进行计量。上述三维电子地图的生成方法，在客户端提出所述请求并通过管理员审核后，针对该客户端的资源分配状况创建一个配置文件列表，依据该配置文件列表估算计算复杂度，据此匹配客户端的所述请求而配置详细的计算资源，并分配云存储空间。从而，依据配置的文件列表，就可以对相关的资源消耗进行精确的统计，在客户端消耗的资源总量中提供计算基础。进而，针对存放入云存储空间的所述模型创建匹配所有模型的所有图形元素的属性数据库；并且在云存储空间分配一个存储空间用于存放客户端资源分配与消耗的统计表，从而，在客户端请求的服务在运行时，监控所述服务运行时的每一个进程，将所消耗的计算资源进行累计，同时依据属性数据库计算云存储空间的消耗，统计处消耗总量，以所述客户端资源分配与消耗的统计表为索引进行查询，从而，客户端可以通过对资源分配与消耗的统计表的查询获得相关费用的支出情况，客观的评估使用状况。进而，依据所述属性数据库的属性建立专题数据库，并依据客户的请求把用户添加的模型属性绑定至所述专题数据库，以属性为索引向客户端推送查询和分析服务，客户端可以根据需要选择服务。优选地，提供一个在线编辑三维地图场景的方法，该在线编辑三维地图场景的方法以已经配准的二维栅格图像为三维地图场景的场景地面，并以该二维栅格图像的比例尺对从模型库或者本地选取的对应属于所述二维栅格图像位置特征的模型进行编辑，进而，针对具体应用的所述比例尺，对模型进行精度赋值；将所述场景地面的相应位置依据依次选择的经过精确赋值的所述模型进行匹配覆盖，最后拼接匹配覆盖后的所有模型。下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行详细的描述，使本领域的技术人员更好的理解本发明。


图I为依据本发明的一种三维电子地图的生成方法的原理框图。图2为依据本发明的一种三维电子地图在线生成模块工作流程图。图3为一种LOD计算模块工作流程图。

图4为一种实时渲染模块工作流程 图5为一种资源分配与消耗统计模块工作流程图。
具体实施例方式既有的三维电子地图生成方法一如附图I中所示的用户端人交互界面在本地完成，本文引入云计算平台，以云计算为基础实现三维电子地图的在线生成。云计算(cloud computing)是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在拓扑图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。本领域的技术人员应当了解，地图是按照一定的数学法则，将自然地理的自然现象和社会现象通过概括和取舍，然后用符号缩绘在平面上的图形。三维电子地图源于传统意义上的地图，以地图数据库为基础，在选定的比例尺的屏幕上按照一定的比例现实的地图。从而可知三维电子地图以一定的三维电子地图数据库为基础，按照一定的比例对现实世界或者其中的一部分进行三维、抽象的描述或者综合，其在使用数据库生成三维电子地图的方法已经比较普遍。因此，在本申请中，侧重于在什么环境下使用如所述的三维电子地图数据库以及生成方法，而非三维电子地图数据库本身或者生成方法的公知细节。本文不会其中的公知细节做出描述，本领域的技术人员依据本文公开的技术内容，应知晓调用相关的技术细节。在说明书附图I所示的结构中，客户端以用户终端人机交互界面(以下简称人机界面)，以人机界面为基础发出预期得到预定服务的请求。那么基于云计算，为实现三维电子地图的生成，配置云存储空间、云计算平台和上述的人机界面三部分。在上述的结构中，把云计算进行模块化，其整体由三维地图在线生成模块、资源分配与消耗统计模块、地图元素属性管理模块、LOD计算模块、实时渲染模块等共五个基本模块组成。这样，把整个云计算系统分成一些分立的功能模块，通过对这些分立的功能模块的选择，可以为用户提供可定制的计算服务。
进而通过上述的五个基本模块(以下称为功能模块)在由计算集群组成的云计算平台进行协同、有序地运行，可提供高画质的实时三维电子地图编辑与浏览、空间数据查询等服务。其中，云计算平台整合了所有的上述的五个功能模块，可以单独配置或简单组合成一个计算任务，响应客户端的每个用户要使用服务的请求，根据请求的内容创建一个计算任务，每个被调用的功能模块又成为子计算任务，从而，所需要的云计算资源被分配。用户通过在线申请云空间建立个人计算中心，可以管理已经开通的计算任务。整个系统的工作过程如下
第一步，用户提出在线申请并通过管理员审核后，所述资源分配与消耗统计模块根据用户报告为用户配置功能模块，并将这些功能模块的列表写入配置文件。该过程中三维电子地图在线生成模块通过向人机界面推送的一些编辑工具和配置选项，结合三维模型库，让用户以快速、简单的方法制作出三维地图场景。然后，资源分配与消耗统计模块根据地图场景规模、模型数量等因素，估算计算复杂度，为用户配置详细的计算资源，并分配匹配的 云存储空间。第二步，匹配客户端请求，为用户个性化三维模型库中的所有模型，即所有的地图元素建立属性数据库。该阶段由手工建立，或从数据提供商处获得。如有需要，针对专利检索、分析的需要，可把所建立的属性数据库绑定至专题数据库，以适应专题数据分析应用。地图元素属性管理模块负责上述属性数据库的建立，并控制属性数据库表与该属性数据库表中属性记录的增删改查并与其它功能模块的通信，其他功能模块基于相关属性记录中的选择的索引进行检索和引用。第三步，功能模块配置、空间分配、属性数据库建立等工作完成后，可以启动服务，即云计算平台调用功能模块开始执行计算任务。在所述人机界面，通过向浏览器推送的情景，就可以看到实时的三维电子地图漫游场景画面，并可以与场景进行交互，如视场角变化、前进方向变化、在线编辑、查询工具使用等。在计算过程中，资源分配与消耗统计模块对计算任务下的每一个进程进行实时监视，将其所消耗的CPU、GPU、内存工作时间等数据进行累计，将数据写入专门的数据库中，对所有的记录数据经过预定的分析与处理，统计出消耗总量，并按计费规则计算出费用，通过与人机界面或者客户端的查询接口呈现给终端用户。第四步，在客户端可随时启动与关闭服务，启动服务时启动计算、消耗流量。当不需要三维电子地图系统服务时，注销服务，释放云存储空间，删除配置文件与计算资源并停止支付服务费。如前所述，三维电子地图需要更多的支持和维护，成本非常高，基于云计算，弓丨入SaaS (Software-as-a-service,软件运营服务模式，简称软营)，是随着互联网技术的发展和应用软件的成熟，而在21世纪开始兴起的一种完全创新的软件应用模式。它与“on-demand software，，(按需软件)，the application service provider (ASP,应用服务提供商)，hosted software (托管软件)所具有相似的含义。它是一种通过Internet提供软件的模式，厂商将应用软件统一部署在自己的服务器上，客户可以根据自己实际需求，通过互联网向厂商定购所需的应用软件服务，按定购的服务多少和时间长短向厂商支付费用，并通过互联网获得厂商提供的服务。用户不用再购买软件，而改用向提供商租用基于Web的软件，来管理企业经营活动，且无需对软件进行维护，服务提供商会全权管理和维护软件，软件厂商在向客户提供互联网应用的同时，也提供软件的离线操作和本地数据存储，让用户随时随地都可以使用其定购的软件和服务。对于许多小型企业来说，SaaS是采用先进技术的最好途径，它消除了企业购买、构建和维护基础设施和应用程序的需要。在这种模式下，客户不再象传统模式那样花费大量投资用于硬件、软件、人员，而只需要支出一定的租赁服务费用，通过互联网便可以享受到相应的硬件、软件和维护服务，享有软件使用权和不断升级，这是网络应用最具效益的营运模式。参考图2，是在线生成 三维电子地图的流程
(I)首先用户离线制作一个二维栅格地图，具体步骤为在一些应用中截取卫星影像地图，按应用的规模对地图进行拼接，得到整个地图，在地图上选取三个以上控制点，对地图进行配准，这样就得到一个带有地理信息的二维栅格地图。二维栅格地图还可以通过其他渠道获取，比如网上免费的二维电子地图或者经过配准的其他图样。(2)按上述经过配准的二维栅格地图的比例尺设置三维地图场景。设置场景的比例尺与栅格地图的比例尺相同。(3)导入选择的三维模型并输入对应的属性数据。其中的属性数据通过调用地图元素属性管理模块从所述属性数据库中调取。(4)将栅格地图做为地面在场景内放置模型，三维电子地图中的模型一般为地形模型。(5)用所说的地形模型替换或者说对应覆盖所述二维栅格地图。(6)然后对模型贴纹理。目的是为了增加场景的真实性。参考图3，是LOD计算模块工作流程，具体可描述为
(I)扫描场景内所有三维模型，如果当前模型小于像素点，则将该模型从场景中删除。(2)如果当前模型大于像素点，则扫描该模型上所有面片，如果当前面片小于像素点，则将该面片从模型中删除。(3)记录当前场景的视场角，将模型剩余的面片编号记入数据库。LOD计算模块的目的是在渲染之前，在不影响视觉效果的前提下，消除掉不必要的模型与面片，减少计算量。在上述工作流程中，如果当前模型等于像素点，可以不作任何操作，也可以进行进一步的面片扫描。当然，在当前模型等于像素点时，属于该模型的面片不会大于像素点，因此，可以不作任何处理，以减小计算量。另一方面，在预定的条件下，设置一个阈值，规定一个在大于该阈值时进行面片扫描的步骤，可以减少扫描的计算量。参考图4，是实时渲染模块工作流程，具体处理过程可描述为
(I)三维模型装载。将场景中所有的模型一次性装入内存。(2)鼠标、键盘交互操作。用户终端通过划动鼠标、按下键盘与云计算平台进行交互，鼠标位移消息与键盘消息通过网络传输到云计算平台。(3)根据视场角计算景深。根据鼠标位移消息与键盘消息得到视场角的大小，再根据视场角大小计算景深。
(4) LOD计算模块处理。通过几何运算，将不必要被显示的模型或面片删除掉。(5)读取缓存纹理数据。将已装入缓存的纹理数据与几何数据通过渲染引擎进行装配，得到逼真效果的场景。(6)应用简单光照模型计算阴影。对场景中的光照进行简单光照计算阴影，进一步增加场景的真实性。参考图5，是资源分配与消耗统计模块工作示意图。具体可描述为
当启动计算时，各功能模块对应的进程发出消息，资源分配与消耗统计模块启动监视，对每个进程所占用的CPU、GPU等计算资源进行实时地监视与统计。结合个人计算中心已分配的云存储空间，将统计数据进行累加，得出总的资源消耗记录，写入数据库，随时供用户查询。 ·
权利要求
1.一种三维电子地图的生成方法，其特征在于，基于云计算的所述生成方法把三维电子地图场景所需模型存放入云存储空间； 响应用户端的请求匹配场景规模，分配云计算资源及所述云存储空间，配置用户端； 进而依据客户端进行漫游时的路径选择，通过分配的所述云计算资源从所述云存储空间调用模型生成三维电子地图场景。
2.根据权利要求I所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，当客户端停止对所分配的云计算资源使用时，注销该用户端的所述请求，释放所占用的云计算资源以及所分配的云存储空间。
3.根据权利要求I或2所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，在生成三维电子地图场景的过程中通过LOD计算进行场景模型渲染的资源分配。
4.根据权利要求3所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，所述LOD计算在三维模型创建应用中的具体方法为 扫描三维电子地图场景内的所有所述模型，如果当前模型小于像素点，则将该模型从场景中删除； 若当前模型大于像素点，则扫描该模型上的所有面片，如果当前面片小于像素点，则将该面片从当前模型中删除； 记录当前场景的视场角，并记录当前场景中剩余的面片编号。
5.根据权利要求I所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，存放于所述云存储空间的所述模型按照精细程度进行分类保存。
6.根据权利要求5所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，所述精细程度以模型中模型面片的数量进行计量。
7.根据权利要求I所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，在客户端提出所述请 求并通过管理员审核后，针对该客户端的资源分配状况创建一个配置文件列表，依据该配置文件列表估算计算复杂度，据此匹配客户端的所述请求而配置详细的计算资源，并分配云存储空间。
8.根据权利要求7所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，针对存放入云存储空间的所述模型创建匹配所有模型的所有图形元素的属性数据库；并且在云存储空间分配一个存储空间用于存放客户端资源分配与消耗的统计表，从而，在客户端请求的服务在运行时，监控所述服务运行时的每一个进程，将所消耗的计算资源进行累计，同时依据属性数据库计算云存储空间的消耗，统计处消耗总量，以所述客户端资源分配与消耗的统计表为索引进行查询。
9.根据权利要求8所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，依据所述属性数据库的属性建立专题数据库，并依据客户的请求把用户添加的模型属性绑定至所述专题数据库，以属性为索引向客户端推送查询和分析服务。
10.根据权利要求I所述的三维电子地图的生成方法，其特征在于，提供一个在线编辑三维地图场景的方法，该在线编辑三维地图场景的方法以已经配准的二维栅格图像为三维地图场景的场景地面，并以该二维栅格图像的比例尺对从模型库或者本地选取的对应属于所述二维栅格图像位置特征的模型进行编辑，进而，针对具体应用的所述比例尺，对模型进行精度赋值；将所述场景地面的相应位置依据依次选择的经过精确赋值的所述模型进行匹配覆盖，最后拼接匹配覆盖后的所有模 型。
全文摘要
本发明公开了一种三维电子地图的生成方法，基于云计算的所述生成方法把三维电子地图场景所需模型存放入云存储空间；响应用户端的请求匹配场景规模，分配云计算资源及所述云存储空间，配置用户端；进而依据客户端进行漫游时的路径选择，通过分配的所述云计算资源从所述云存储空间调用模型生成三维电子地图场景。依据本发明的三维电子地图具有较广泛适用性。
文档编号G06T17/05GK102881046SQ20121029087
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者杜华鹏, 姜玮, 马敬锐, 彭春华 申请人:山东神戎电子股份有限公司