一种基于物理和数据驱动的混合3D建模方法与流程

一种基于物理和数据驱动的混合3d建模方法
技术领域
1.本发明涉及三维建模领域技术领域，具体涉及一种基于物理和数据驱动的混合3d建模方法。


背景技术：

2.在3d建模的过程中，在空间数据的获取过程中，从原始地图整理到空间数据入库的过程中会产生一些误差，而且若不采取有效手段纠正的话，各个阶段的误差还会积累和传播，从而影响以后的地图分析和数据处理，同时现有的模型建立过程中，无法做到模型与现实的现实世界进行对应，导致在使用三维模型制作虚拟画面的过程中不能做到与现实相融合，缺乏真实感。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种基于物理和数据驱动的混合3d建模方法，通过在对三维模型建立的过程中的设备进行管理同时获取现实世界目标地的空间数据与三维模型相融合，使得到的三维模型与现实世界相贴合，解决了目前现有的模型建立过程中，无法做到模型与现实的现实世界进行对应，导致在使用三维模型制作虚拟画面的过程中不能做到与现实相融合，缺乏真实感的问题。
4.一种基于物理和数据驱动的混合3d建模方法，包括以下步骤：
5.s1，空间数据采集和处理，采集目标地的空间数据并进行处理，得到空间数据；
6.其中，所述步骤s1包括：
7.s11，空间数据采集，使用数字化设备对目标地的地图进行数字化处理，得到数字化的地图，采集目标地的地形数据，采集目标地的地物数据；
8.s12，空间数据的误差处理，在所述步骤s11中进行空间数据的采集过程中，根据标准参数选用数字化设备，并对采集的数字化的地图、地形数据和地物数据进行地形图编绘，得到目标地的空间数据；
9.s2，地形的数据模型及建模，根据所述步骤s1中得到的空间数据建立地形数据模型；
10.其中，所述步骤s2分为：
11.s21，基于不规则三角网的数字高程模型表面建模，将不规则三角网分解成单个三角形，在每一个三角形上建模，从而得到整个不规则三角网的表面模型，得到地形数据模型；
12.s22，基于规则格网的数字高程模型表面建模，首先对研究区域在二维平面上进行格网划分，形成覆盖整个区域的格网空间结构，然后利用分布在格网点周围的地形采样点内插计算格网点的高程值，最后按一定格式输出，形成该地区的格网数字高程模型表面建模，得到地形数据模型；
13.s3，地物的数据模型与建模，根据所述步骤s1中得到的空间数据和地形数据模型
建立地形数据模型并融合得到三维模型同时对三维模型叠加图像纹理数据和数字高程模型数据。
14.进一步的，所述步骤s11中数字化设备包括手扶数字化仪和扫描仪，所述步骤s12中的标准参数为，数字化仪的分辨率不低于0.025mm，精度不低于0.2mm，扫描仪的分辨率不低于0.083mm。
15.进一步的，所述步骤s3包括，从所述步骤s1中获得的空间数据中的地物位置、几何形状信息和其它相关属性信息构造一个独立可操作的三维实体对象，其中，每一类地物建模的结果以自定义的结构保存到文件或数据库中。
16.进一步的，所述步骤s3中得到的三维模型的处理过程还包括图像纹理数据和数字高程模型数据的获取和坐标定位。
17.进一步的，所述图像纹理数据的获取方式为采用数字正射影像图，由航拍片或者高分辨率卫星遥感数据经过数字化扫描处理得到，所述数字高程模型数据采用三维矩阵vector3()建立数值矩阵列(x，y，z)存储并排序地面的高程坐标点。
18.进一步的，所述坐标系转换包括对地形中的关键地面点的坐标采用地球坐标系进行定位。
19.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
20.本发明通过在对三维模型建立的过程中的设备进行管理同时获取现实世界目标地的空间数据与三维模型相融合，使得到的三维模型与现实世界相贴合，解决了目前现有的模型建立过程中，无法做到模型与现实的现实世界进行对应，导致在使用三维模型制作虚拟画面的过程中不能做到与现实相融合，缺乏真实感的问题。
21.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
22.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
23.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
24.图1为本发明实施例公开的一种基于物理和数据驱动的混合3d建模方法流程示意图。
具体实施例
25.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
26.如图1所示，本发明实施例提供一种基于物理和数据驱动的混合3d建模方法，包括以下步骤：
27.s1，空间数据采集和处理，采集目标地的空间数据并进行处理，得到空间数据；
28.所述步骤s1包括：
29.s11，空间数据采集，使用数字化设备对目标地的地图进行数字化处理，得到数字化的地图，采集目标地的地形数据，采集目标地的地物数据。
30.s12，空间数据的误差处理，在所述步骤s11中进行空间数据的采集过程中，根据标准参数选用数字化设备，标准参数为，数字化仪的分辨率不低于0.025mm，精度不低于0.2mm，扫描仪的分辨率不低于0.083mm，并对采集的数字化的地图、地形数据和地物数据进行地形图编绘，得到目标地的空间数据；
31.具体的，数字化设备包括手扶数字化仪和扫描仪，手扶跟踪数字化设备包括固定地图用的数字化板和采样用的游标，手扶数字化过程包括以下三步：图件的预处理：在进行图件的数字化之前，应根据图幅内容及图件各要素进行编号时要按照编号系统的统一要求进行，通常以小比例尺分幅或经纬度位置分区域统一编号，以便于图幅的拼接和处理；也可以按行政区域的管理范围分区域编号在区域编号时，对图斑、结点、链段、独立点均要事先分别编号，而主要链段上的特征点和特征线可在数字化时按顺序递增编号结束后，应做必要的记录，以便查询记录内容包括：图幅编号、图幅坐标及编号内容等图幅编号之后，即可在数字化仪上进行图件定位，图件的数字化：通常，数字化仪采用点模式、线模式和数据流模式采集数据在点模式下，地图上的各个孤立点通过将游标定位于采集点的位置上并按下按钮进行记录；线模式下，直线段是通过数字化线段的两个端点来记录的，曲线则通过对组成它的一系列直线的数字化来记录；在数据流模式下，曲线是以时间或距离的规定间隔来自动采集曲线上点的坐标值点模式和线模式的优点是尽可能减少特征点丢失，重采样精度高，缺点是采样效率低，一般适合地籍图、规划图的数字化数据流模式的优点是重采样效率比较高，缺点是容易丢失特征点，一般适合地形图、等高线图的数字化图属关系连接：图件数字化仅仅获得了点、线、面要素的几何坐标数据，还必须输入点、线、面要素的属性信息，并生成点、线、面要素之间的拓扑关系，拓扑关系可以通过全多边形模式、手工模式或自动模式建立，地形数据采用摄影测量的方法建立空间地形立体模型，量取密集数字高程数据来建立三维的数字高程模型采集数据的摄影测量仪包括模拟、解析和数字摄影测量与遥感仪器依据摄影测量内业时对地形点选取方式的不同，可以采用不同的高程数据采集方法，如规则采集方案(按等间距断面或规则分布格网布置采样点)、渐进采样方案(采样和分析同时进行，数据分析支配采样过程)、随机采样方案(有选择的进行高程数据的采集)和等高线采样方案(在立体像对上，按等高线进行数据采集)对于现有的三维的数字高程模型数据，在应用时要考虑自身的研究目的以及三维的数字高程模型分辨率、存储格式、误差和可信度等因素各种数据采集方法都有各自得优点和缺点，选择三维的数字高程模型采集方法要从应用目的、精度要求、设备条件、经费等方面考虑，选择合适的采集方法，地物的空间数据获取与建模通常有两类方法，一类是基于影像数据，应用摄影测量等技术实现，另一类则是基于二维矢量图，根据地物的位置坐标信息、和高度属性构造三维地物模型。在比例尺比较小的虚拟场景中，地物可以用预先定义好的符号表示，也可以采用纹理贴图的方法：在局部地区大比例尺的虚拟地形环境中，地物则需要按一定的比例，以真实的模型出现。对于地物数据，我们主要从二维矢量图中通过点、线、面的采集获取物体的位置信息和平面几何形状，对于地物的高度和宽度则要通过属性数据库录入，从这两方面最重获区地物建模所需要的空间信息。
32.s2，地形的数据模型及建模，根据所述步骤s1中得到的空间数据建立地形数据模型；
33.所述步骤s2分为：
34.s21，基于不规则三角网的数字高程模型表面建模，将不规则三角网分解成单个三角形，在每一个三角形上建模，从而得到整个不规则三角网的表面模型，得到地形数据模型；
35.s22，基于规则格网的数字高程模型表面建模，首先对研究区域在二维平面上进行格网划分，形成覆盖整个区域的格网空间结构，然后利用分布在格网点周围的地形采样点内插计算格网点的高程值，最后按一定格式输出，形成该地区的格网数字高程模型表面建模，得到地形数据模型；
36.具体的，基于不规则三角网的数字高程模型表面建模，不规则三角格网不规则三角网是由一系列不规则三角形组成的网格，每个三角形对应空间三个点基于不规则三角网的建模一般将不规则三角网分解成单个三角形，在每一个三角形上建模，从而得到整个不规则三角网的表面模型，基于规则格网的数字高程模型表面建模，基于规则格网的数字高程模型首先对研究区域在二维平面上进行格网划分，形成覆盖整个区域的格网空间结构，然后利用分布在格网点周围的地形采样点内插计算格网点的高程值，最后按一定格式输出，形成该地区的格网数字高程模型综上所述，建立数字高程模型表面模型，要从模型的精度、连续光滑性、计算量等方面考虑从格网类型来看，在不规则三角网格网，一次多项式模型最简单，也最常用对于正方形格网，双线性多项式最简单，最常用但是高阶多项式也具有精度高，光滑性好的特点与三角形格网相比，正方形格网由于格网形式简单，因而地形表面模型种类多，计算也方便从数据来源看，可以从高程量测数据直接建立另外，还可以由量测数据派生数据间接建立，即先内插高程点，再建立格网，然后建立表面模型后一种方法由于内插高程点，所以增加了误差的积累。
37.s3，地物的数据模型与建模，根据所述步骤s1中得到的空间数据和地形数据模型建立地形数据模型并融合得到三维模型同时对三维模型叠加图像纹理数据和数字高程模型数据，从所述步骤s1中获得的空间数据中的地物位置、几何形状信息和其它相关属性信息构造一个独立可操作的三维实体对象，其中，每一类地物建模的结果以自定义的结构保存到文件或数据库中，所述步骤s3中得到的三维模型的处理过程还包括图像纹理数据和数字高程模型数据的获取和坐标定位，所述图像纹理数据的获取方式为采用数字正射影像图，由航拍片或者高分辨率卫星遥感数据经过数字化扫描处理得到，所述数字高程模型数据采用三维矩阵vector3()建立数值矩阵列(x，y，z)存储并排序地面的高程坐标点，所述坐标系转换包括对地形中的关键地面点的坐标采用地球坐标系进行定位；
38.具体的，地物的三维建模是利用从二维地图中获得的地物位置、几何形状信息和其它相关属性信息构造一个独立可操作的三维实体对象每一类地物建模的结果以自定义的结构保存到文件或数据库中地物模型数据按照面向对象的方式组织，形成“地物类别——地物——边界面——三角形——顶点”的层次结构规则地物又可进一步分为两类：一类是附着在地表面的空间曲面型地物，如道路、河流、湖泊等；另一类是以楼房建筑为代表的形状简单的模型地物，它们的特点是或者在不同高度的水平截面相同，或者地物表面满足确定的数学描述对于空间几何形状比较复杂的地物，依靠编制程序直接建模几乎是不
可能的，因此可以采用间接处理的方法首先应用专业的建模工具软件定制该地物模型，然后将建好的模型保存为系统可解释的数据结构，最后根据坐标位置、方向、尺寸等约束条件将建好的模型嵌入到系统所绘制的三维场景中，道路是典型的带状地物，根据道路的中心线信息，依次计算出中心线上与相邻两点连线平行的左边界线及右边界线，然后用与中心线段垂直的线段将其封闭成多边形然后纹理贴图，建立道路模型水系模型的种类很多，有的平面几何信息呈面状，如湖泊，海洋等有的呈带状的，如河流等对于呈面状水系模型的建立，可以在建立平面的基础上进行纹理贴图对于呈带状水系模型的建立，其方法同道路模型的建立多数情况下，我们以一组曲面来描述一条河流，每条河流具有唯一标识id信息对于空间几何形状比较复杂的地物，比如立交桥、地面景观、车辆等，依靠编制程序直接建模几乎是不可能的，因此可以采用间接处理的方法首先应用专业的建模工具软件定制该地物模型，然后将建好的模型保存为系统可解释的数据结构，最后根据坐标位置、方向、尺寸等约束条件将建好的模型嵌入到系统所绘制的三维场景中，在获得三维模型后，通过图像纹理数据与数字高程模型数据的叠加，可以使创建的三维地形环境显示的尤为真实，对地形中的关键地面点的坐标采用地球坐标系进行定位与三维模型进行融合得到与真实世界坐标对应的三维模型。
39.本实施例公开的一种基于物理和数据驱动的混合3d建模方法，通过在对三维模型建立的过程中的设备进行管理同时获取现实世界目标地的空间数据与三维模型相融合，使得到的三维模型与现实世界相贴合，解决了目前现有的模型建立过程中，无法做到模型与现实的现实世界进行对应，导致在使用三维模型制作虚拟画面的过程中不能做到与现实相融合，缺乏真实感的问题。
40.应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
41.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
42.本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
43.结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、cd
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rom或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且
可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于asic中。该asic可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
44.对于软件实现，本技术中描述的技术可用执行本技术所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
45.上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。