专利名称：一种城市建筑模型的渐进压缩和传输方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机对建筑模型处理方法，尤其是指一种三维城市模型的渐进压縮和 传输方法。
背景技术：
三维城市模型(3DCM)作为城市的三维逼真描述，为城市建设和规划等相关领域提供了具 有真实表现力的应用模型。三维城市模型从英国Bath城的三维计算机模型建立开始，自20 世纪90年代有了较大的发展，受到了越来越广泛的关注，并且得到了大规模的应用。
城市三维景观中，建筑物和地形是城市中最需要关注的地物类型。然而，造型丰富，数 量庞大的建筑物模型是城市化建设的重要标志之一，建筑物模型在三维城市模型中占有相当 大的比重，建筑物模型的可视化效果对于整个三维城市模型的逼真表达具有其他地物类型不 可替代的作用。
然而，建筑物模型所具有的相片质感的逼真纹理特征和复杂的三维几何结构造成了三维 城市模型应用时高度逼真表现和系统性能之间的矛盾。考虑到不同专业领域对建筑物模型的 真实感表现有不同程度的需求，多细节层次(Level of detail, LOD)技术成为三维城市模型研究 中的有效方法之一。
LOD理论被广泛的用于飞机仿真，复杂三维场景的快速绘制、交互可视化和虚拟现实等 领域。其基本思想时对同一场景或场景中的物体，使用不同细节的描述方法得到一组模型， 在图形绘制中依据视点选择合适的细节层次模型进行绘制。LOD描述模型更符合人的认知特 征， 一方面是提高实时调度渲染速度和解决不同尺度下3D分析的一条重要途径，另一方面 处于数据获取和应用需求的多样性，不同的应用往往要生产不同细节层次的模型数据。
LOD技术可以分为静态LOD技术和动态LOD技术两类。静态LOD技术预先生成并存 储多个简化模型，它的优点在于省略了实时简化模型的处理时间，另一方面占用了更多的存 储空间，而且不同精细程度的模型间切换会产生视觉效果的突变。动态LOD技术根据视点动 态地生成简化模型，目的在于保证模型连续平滑地过渡，不产生视觉效果的突变。
目前，大多数模型简化算法主要是针对一般几何模型的简化，特别是对连续的自由网格 曲面，如三维城市模型研究与技术中，基于真实数据的大范围地形LOD技术己取得相当的进 展，许多基于规则网格的连续LOD算法已经实现了大规模地形的实时现实，其中有代表性的 有基于四叉树的实时连续LOD算法(Continuous Level of Detail, CLOD)，实时优化的自适应网 格算法(Real Time Optimally Adapting Meshes, ROAM)以及视点相关的渐进网格算法(ViewDependent Progressive Meshes, VDPM)等。
然而，与大规模地形LOD地形所取得的进展相比，对建筑物这样的不规则几何体的多细 节层次的研究尚处于初级阶段。由于大量人工建筑的几何形态表象差异很大，难以将其细节 层次进行统一的定量化规定，需要根据三维城市模型数据的有用性和可获取性等因素分别考 虑。至今，如何有效地规划和表达城市三维景观中的建筑物模型的多细节层次、压縮和传输， 根据不同应用范围和数据获取条件规划各个细节层次模型的特点成为三维城市模型应用和数 码城市建设急需解决的问题之一。另外，现有的大部分城市建筑模型的LOD方法都是静态型 的，并不支持渐进传输的要求，而且场景的表示数据量增加，使得增加场景的数据传输负担。
发明内容
本发明针对背景转术的不足之处，目的是提供一种城市建筑模型的渐进压縮和传输方法， 根据该方法， 一个复杂的城市建筑模型场景能表示成一系列分层的压縮的码流形式，而且每 层的数据流远小于原有模型数据量，有利于网络传输。
本发明实现目的的方法是基于场景中建筑模型的几何特性将相似的建筑几何模型进行迭 代合且进行有效的形状逼近，它包括如下步骤-
步骤一对三维城市模型进行分类，分为道路，边界，小区，建筑节点和地标；
步骤二对每一个建筑模型，求出它的最小方向包围多边形盒；两个建筑物的距离度量为 其最小多边形包围盒的距离，定义如下
(Aea(尸u0)
式中尸，2为2个建筑的最小多边形包围盒，Jrea(尸)为尸在地面的投影的面积，Area(Q) 为Q在地面的投影的面积，( f/g卩为P和Q在地面并集部分的投影的面积，cr为大 于0的距离计算参数，^(尸,2)为P和Q在地面部分区域的Hausdorff距离，各数值的单位
为相同计量单位，如都为米、厘米，平方米或平方厘米等。
作为优选，上述的一种城市建筑模型的渐进压縮和传输方法，所述的距离计算的参数《为 1-3之间。作为更佳选择，所述的距离计算的参数a为2。
步骤三对建筑模型进行层次性的合并操作，具体包括
(1) 对属于同一小区的建筑模型根据建筑朝向，距离，方位等信息进行合并；
(2) 对不同小区，如果它们不在道路的两旁，也根据小区的距离、方位等信息进行合 并；
(3) 在各个合并过程中保留边界信息；(4)在各个合并过程中对某些地标建筑需要特殊处理，或者不进行合并。 步骤四将建筑模型的合并过程组织成一棵层次合并树来表达；
步骤五对层次合并树的每个非根节点，将合并的过程表达成一些简易的操作算子；
步骤六将操作算子进行编码，并且串连成连续的码流；
步骤七对各建筑的最小方向包围多边形盒进行几何压縮和编码；
步骤八将步骤七和步骤六中的码流进行拼接，形成总的码流。
本发明可应用于大规模城市漫游系统。
有益效果本发明的优点是 一个复杂的城市建筑模型场景能表示成一系列分层的压縮 的码流形式，而且每层的数据流远小于原有模型数据量，从而减少了场景的数据存储量。 说明书附图
图1本发明实施的城市显示系统的建筑数据结构图； 图2城市场景建筑模型数据的结构； 图3单个建筑的有向包围盒； 图4多个建筑的层次性合并的多边形包围盒； 图5建筑模型经过压縮表示为渐进码流的过程。
具体实施例方式
结合本发明方法的具体内容提供以下实施例
本实施所使用的三维城市建筑模型为浙江某某地区经济开发区的场景数据，包括4平方 公里范围内的17000多个建筑模型。
运行本发明方法的设备为普通个人计算机，其具体配置为Pentium 2.7Q 1G内存，160G 硬盘。软件平台为Windows XP。
具体实施情况如下
步骤一对场景模型进行分类，包括道路，边界，小区，建筑节点和地标等类型； 步骤二计算各建筑模型的合并顺序；按下述公式计算
其中选择a为2;
步骤三将合并过程进行编码记录；
步骤四将编码后的码流存储在计算机服务器上；
步骤五利用计算机绘制手段，在计算机屏幕上显示三维城市场景 (1)从服务器接收基本码流，显示场景的基本层；(2) 从服务器接收第一细节层码流，显示场景的第一层信息，场景更为复杂；
(3) 从服务器接收第二细节层码流，显示场景的第二层信息，场景更为复杂；
(4) 以此类推，直到从服务器接收完所有细节层码流，整个场景显示完毕。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于上 述实施例，还可以许多的操作组合。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出 或联想到的所有情形，均应当认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种城市建筑模型的渐进压缩和传输方法，该方法是一种基于建筑几何信息的方法，它将城市建筑物的几何模型分解为一系列的表达紧凑的压缩数据流，其特征在于以渐进方式对建筑几何模型进行压缩和传输，它包括如下步骤(1)对三维城市模型进行分类，分为道路，边界，小区，建筑节点和地标；(2)对每一个建筑模型，求出它的最小方向多边形包围盒及距离；(3)按各建筑模型的最小包围盒的体积从小到大计算它们的合并顺序；(4)将合并过程进行编码记录；(5)将编码后的码流存储在计算机服务器上；(6)从服务器上不断获取码流，利用计算机绘制手段，在计算机屏幕上由粗到细显示三维城市场景。
2. 根据权利要求1所述的一种城市建筑模型的渐进压缩和传输方法，其特征在于两个建筑 物的距离度量为其最小多边形包围盒的距离，定义如下<formula>formula see original document page 2</formula>式中P,g为2个建筑的最小多边形包围盒，^^a(P)为P在地面的投影的面积，Area(Q) 为Q在地面的投影的面积，^rea tf t; 为P和Q在地面交集部分的投影的面积，"为大 于0的距离计算参数，d(:c,力为两个点x,:v之间的距离。
3. 根据权利要求2所述的一种城市建筑模型的渐进压缩和传输方法，其特征在于距离计算的 参数a为1-3之间。
4. 根据权利要求3所述的一种城市建筑模型的渐进压縮和传输方法，其特征在于距离计算的 参数a为2。
全文摘要
本发明公布了一种计算机对建筑模型处理方法，尤其是指一种三维城市模型的渐进压缩和传输方法。本发明是通过对城市道路，边界，小区，建筑节点和地标等进行分类，然后再通过一定的计算方式进行数值计算，根据特定的合并顺序进行数值合并，合并过程中也采用一定的树型模型，然后进行编码、压缩等技术手段，不断从服务器上获取码流，利用计算机绘制手段，在计算机屏幕上由粗到细显示三维城市场景。本发明的优点是一个复杂的城市建筑模型场景能表示成一系列分层的压缩的码流形式，而且每层的数据流远小于原有模型数据量，从而减少了场景的数据存储量。本发明可应用于大规模城市漫游系统。
文档编号G06T17/00GK101408990SQ20081012028
公开日2009年4月15日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者刘利刚 申请人:杭州科澜信息技术有限公司