路面三维模型的构造方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种路面三维模型的构造方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

现有的路面模型构造有vr全景构造方法，cga建模等方式。vr全景构造方法得到的模型是一种基于图片拼接得到的三维模型，主要用于显示，查看实际呈现样式效果图。这种建模方式没有几何拓扑的描述，是无法参与如体积，表面积等工程量的计算，同时也无法得到与其它构件的碰撞检测描述等信息。cga建模需要一般需要准备道路网底图数据、地形数据、数字正射影像、纹理图片等数据。而对于现有cad图纸数据的二维道路模型，和以纵断面描述的道路中心线桩号点高程数据这样的输入，去构造路面的三维模型就需要大量的中间数据的转换，无法快速批量地构造道路的三维模型。

现有技术中，虽然也有一些道路三维化建模方法，如中国发明专利申请(专利号cn201510564616.6)公开了“一种道路三维模型全参数化建立方法”，该三维建模方法的技术方案为：以道路设计过程出发，以道路平、纵断面的设计参数作为输入，如下具体建立步骤：通过平面直曲线拉伸、展开形成纵断面，建立道路纵断面直曲线，折叠形成道路中心线，在过渡特征点处布置超高和加宽横断面，形成道路路基面，提取边线与地形相交判定填挖段，通过交点射线法自动生成填挖断面，形成开挖面和填坡面，与进行填挖运算，生成道路三维模型。

上述三维化建模方法虽然简化了三维建模的操作步骤，省略了不必要的数据录入，但是将二维图纸转化为cga需要的数学描述的数据仍然是一项非常费时的工作，而通过简单的交互步骤直接把设计好的二维图纸直接转换为三维模型，快速完成复杂造型的建模是必然的发展趋势。

因此，针对现有技术中存在的问题，如何提供一种能够利用道路二维平面图直接快速参数化三维建模的技术显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够直接根据二维平面图纸生成路面三维模型的技术方案，以解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供一种路面三维模型的构造方法，包括以下步骤：

获取与目标道路相关的二维图纸，所述二维图纸包括道路平面图和线路纵断面图；

根据所述道路平面图提取与所述目标道路对应的中心线和多个几何多边形；

根据所述线路纵断面图提取所述中心线上的多个桩号点标高，并根据所述中心线和所述多个桩号点标高生成三维中心线模型；

根据所述三维中心线模型与每个所述几何多边形的位置关系，确定每个所述几何多边形中的特征点及其标高；

计算每个所述几何多边形中除所述特征点之外的其它端点的标高；

根据确定了标高的所述特征点和所述其它端点生成与所述目标道路对应的路面三维模型。

根据本发明提供的路面三维模型的构造方法，所述根据所述三维中心线模型与每个所述几何多边形的位置关系，确定每个所述几何多边形中的特征点及其标高的步骤包括：

分别对所述中心线模型中的各个桩号点做垂直于所述中心线的切线；

确定所述切线与所述几何多边形的交点为所述特征点；

将所述桩号点的标高作为对应特征点的标高。

根据本发明提供的路面三维模型的构造方法，所述利用插值法计算每个所述几何多边形中除所述特征点之外的其它端点的标高的步骤包括以下一种或几种：

计算与每个所述其它端点距离最短的垂直切线，获取与所述距离最短的垂直切线相交的桩号点的第一标高，根据所述第一标高确定所述其它端点的标高；

计算与每个所述其它端点距离最短的特征点，获取所述距离最短的特征点的第二标高，根据所述第二标高确定所述其它端点的标高；

计算每个所述其它端点在中心线上的最近点，获取与所述最近点距离最短的桩号点的第三标高，根据所述第三标高确定所述其它端点的标高。

根据本发明提供的路面三维模型的构造方法，所述其它端点还包括弧线的离散点，所述离散点是通过用短直线对所述几何多边形中的弧形边拟合而得到的。

根据本发明提供的路面三维模型的构造方法，所述根据确定了标高的所述特征点和所述其它端点生成与所述目标道路对应的路面三维模型的步骤包括：

利用带边界约束的delaunay三角剖分算法，基于所述特征点和所述其它端点将所述几何多边形剖分为多个平面三角形；

根据所述特征点和所述其它端点的标高将所述多个平面三角形转换为多个立体三角面片；

通过所述多个立体三角面片构造所述路面三维模型。

根据本发明提供的路面三维模型的构造方法，所述通过所述多个立体三角面片构造所述路面三维模型的步骤包括：

获取所述目标道路的路面厚度；

将所述多个立体三角面片分别向下拉伸所述路面厚度，以得到所述路面三维模型。

根据本发明提供的路面三维模型的构造方法，所述二维图纸还包括道路结构设计图；所述构造方法还包括：

根据所述道路结构设计图获取路面以下的构造层信息，所述构造层信息包括宽度信息、坡度信息和厚度信息；

根据所述宽度信息、坡度信息和厚度信息对所述路面三维模型进行加宽和放坡，以生成构造层三维模型。

为实现上述目的，本发明提供一种路面三维模型的构造装置，包括：

图纸获取模块，适用于获取与目标道路相关的二维图纸，所述二维图纸包括道路平面图和线路纵断面图；

几何多边形模块，适用于根据所述道路平面图提取与所述目标道路对应的中心线和多个几何多边形；

中心线模型模块，适用于根据所述线路纵断面图提取所述中心线上的多个桩号点标高，并根据所述中心线和所述多个桩号点标高生成三维中心线模型；

特征点模块，适用于根据所述三维中心线模型与每个所述几何多边形的位置关系，确定每个所述几何多边形中的特征点及其标高；

插值模块，适用于计算每个所述几何多边形中除所述特征点之外的其它端点的标高；

模型生成模块，适用于根据确定了标高的所述特征点和所述其它端点生成与所述目标道路对应的路面三维模型。

为实现上述目的，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

为实现上述目的，本发明还提供计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的路面三维模型的构造方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质，通过识别二维图纸中的平面图、中心线及各桩点号的标高，可以计算并生成出道路的三维模型，解决了复杂三维模型构造过程中难度大、耗时长，对建模人员能力要求高的问题。用户只需通过简单几个交互步骤，即可快速完成复杂造型的建模，且构件的模型为参数化模型，方便数据的导出及后期的修改。进一步，本发明的流程通用性较好，对输入的数据要求不高，算法高效。

附图说明

图1为本发明的路面三维模型的构造方法实施例一的流程图；

图2为本发明实施例一从道路平面图中识别出几何多边形的示意图；

图3为本发明实施例一的一段中心线及其桩号点的示意图；

图4为本发明实施例一中获取到的桩号点标高列表的示意图；

图5为本发明实施例一中三维中心线模型的示意图；

图6为本发明实施例一中对弧线进行短直线拟合的示意图

图7为本发明实施例一中确定特征点及其标高的流程图；

图8为本发明实施例一中确定特征点的示意图；

图9为本发明实施例一中根据特征点和其它端点生成路面三维模型的示意性流程图；

图10为本发明实施例一得到的多个平面三角形的示意图；

图11为本发明实施例一得到的路面三维模型的示意图；

图12为本发明实施例一生成构造层模型的示意性流程图；

图13为本发明的路面三维模型的构造装置实施例一的程序模块示意图；

图14为本发明的路面三维模型的构造装置实施例一的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本实施例提出一种路面三维模型的构造方法，包括以下步骤：

s100:获取与目标道路相关的二维图纸，所述二维图纸包括道路平面图和线路纵断面图。

其中，与目标道路相关的二维图纸可以是设计单位提供的cad图纸，例如道路二维平面图和中心线高程的纵断面图。一般道路二维平面图是用cad曲线绘制在图纸上，且标明各个车道的界限。在导入cad设计图纸之前，可对图纸中的图层进行简单的设置，方便系统通过识别图纸中的图层信息对图纸构成进行识别。

s200:根据所述道路平面图提取与所述目标道路对应的中心线和多个几何多边形。

可以通过识别设计图纸中的图层信息，从道路二维平面图获取平面图信息、从中心线高程的纵断面图获取中心线信息。其中，平面图信息包括若干个几何多边形及各个几何多边形中各个端点的平面坐标(x轴与y轴坐标)；中心线信息包括中心线，及中心线的各个桩号点的平面坐标(x轴与y轴坐标)以及标高(z轴上的坐标)。可以理解，道路平面图中包含机动车道、人行道、绿化带等都多条直线或线段，这些直线或线段相互之间围绕成几何多边形，如图2所示。优选的，通过对封闭区域的快速识别，计算出道路各车道外轮廓的各个二维的几何多边形的模型，可简化数据处理量。

s300:根据所述线路纵断面图提取所述中心线上的多个桩号点标高，并根据所述中心线和所述多个桩号点标高生成三维中心线模型。

可以理解，中心线上一般设置多个桩号点，每个桩号点具有对应标高。图3示出了本发明实施例一的一段中心线及其桩号点的示意图。具体的，道路的中心线位于道路中间，是一根二维线和有一些在特定位置的点构成，设计图纸上标注有各个桩号，用于标定路面的施工范围和里程。可以通过识别线路纵断面图中的桩号点数据列表获取桩号点的标高，如图4所示。通过对中心线的二维模型和中心线高程的纵断面图中各桩号点的标高进行拟合，可以得到一根三维曲线，生成三维中心线模型，如图5所示。

s400:根据所述三维中心线模型与每个所述几何多边形的位置关系，确定每个所述几何多边形中的特征点及其标高。

特征点指的是在几何多边形的边长中的、具有确定标高的点。一般来说，道路的横断面的坡度变化不大，因此可以直接用中心线上桩号点的标高作为对应特征点的标高。本实施例中的特征点可以通过多种方式确定，例如将几何多边形中的原始顶点作为特征点、将几何多边形中每条边的中点作为特征点等，本发明对此不予限制。进一步，可以将距离每个特征点最近的桩号点的标高作为该特征点的标高，或者是对最近的桩号点的标高进行数学运算后的数值作为该特征点的标高，本发明对此不予限制。

s500:计算每个所述几何多边形中除所述特征点之外的其它端点的标高。

本实施例中的其它端点指的是位于几何多边形的边长上的、未被包含在特征点中的点。可以理解，其它端点的个数越多，构造的路面三维模型精度就越高。在一个示例中，其它端点可以包括将几何多边形的边长离散之后的点，例如每隔一段距离采集一个点作为上述其它端点。其中每个其它端点的标高可以根据特征点的标高利用插值法计算得到。对于几何多边形中包含弧线的情况，本实施例可以用短直线对弧线进行拟合，每两个短直线之间的交点作为本实施例中的其它端点。短直线的拟合精度可以根据需求用户自身的需求进行设定，如规定离散后的短直线和原始弧线的圆心角，弓高必须在一定范围内。离散后的几何多边形是由一系列顺序二维点集构成。图6为本发明实施例一中对弧线进行短直线拟合的示意图。由于拟合精度较高，图6中离散后的端点比较密集，其中右上方的弧线上的每个小三角代表一个离散端点。

s600:根据确定了标高的所述特征点和所述其它端点生成与所述目标道路对应的路面三维模型。

可以理解，在确定了几何多边形边长上的多个特征点和其它端点，并且确定了每个点的标高的基础上，可以通过现有的任意三维建模方法获取与上述几何多边形对应的三维模型。当道路中包含多个几何多边形时，分别将每个几何多边形对应的三维模型组合在一起，就形成了本实施例中的路面三维模型。

通过上述步骤，本实施例利用较少的输入数据就可以得到准确的路面三维模型，算法简便高效，适应性广，可以满足大部分道路的路面建模需要。

图7示出了本发明实施例一中确定特征点及其标高的流程图。如图7所示，确定几何多边形中的特征点及其标高的步骤包括：

s410:分别对所述中心线模型中的各个桩号点做垂直于所述中心线的切线。

s420:确定所述切线与所述几何多边形的交点为所述特征点。

s430:将所述桩号点的标高作为对应特征点的标高。

图8示出了本发明实施例一中确定特征点的示意图。从图8中可以看出，呈现出的一段中心线在二维平面上近似直线，因此生成的各条垂直切线相互之间近似平行。通过将切线延伸可以得到在二维平面上切线与几何多边形的多个交点，这些交点即为本实施例中的特征点。通过调取平面图信息及中心线切线，可以计算出在平面坐标系上对各个几何多边形与各中心线切线形成的交点坐标，即各个特征点的平面坐标，并分别把各个特征点添加到对应的几何多边中。基于道路在横断面上的坡度变化不大，因此本实施例中，将每个桩号点的标高直接赋值给与该桩号点在同一条切线上的特征点，这样就可以得到每个特征点的标高。

如前所述，除了特征点之外，本实施例中还包括其它端点，这些其它端点的标高是通过插值法计算得到的。具体的，计算其它端点的标高的步骤可以包括以下一种或几种：

(1)计算与每个所述其它端点距离最短的垂直切线，获取与所述距离最短的垂直切线相交的桩号点的第一标高，根据所述第一标高确定所述其它端点的标高；

(2)计算与每个所述其它端点距离最短的特征点，获取所述距离最短的特征点的第二标高，根据所述第二标高确定所述其它端点的标高；

(3)计算每个所述其它端点在中心线上的最近点，获取与所述最近点距离最短的桩号点的第三标高，根据所述第三标高确定所述其它端点的标高。

通过上述步骤，可以准确确定几何多边形中除特征点之外的其它端点的标高。

图9为本发明实施例一中根据特征点和其它端点生成路面三维模型的示意性流程图。如图9所示，生成路面三维模型的步骤包括：

s610:利用带边界约束的delaunay三角剖分算法，基于所述特征点和所述其它端点将所述几何多边形剖分为多个平面三角形。

delaunay三角剖分算法用于将多个离散点连接成一定大小的三角形，用于呈现出合理的三角平面，如图10所示。这里的离散点即为本实施例中确定的特征点和其它端点。

s620:根据所述特征点和所述其它端点的标高将所述多个平面三角形转换为多个立体三角面片。

由于每个特征点及其它端点的标高已确定，在三维空间中，将每个标高作为z轴数值，从而可以得到每隔三角平面对应的立体三角面片。

s630:通过所述多个立体三角面片构造所述路面三维模型。

可以理解，路面本身具有一定的厚度，因此本步骤中可以先获取目标道路的路面厚度，然后将得到的多个立体三角面片分别向下拉伸所述路面厚度，以得到所述路面三维模型。图11为本发明实施例一得到的路面三维模型的示意图。

本领域技术人员可以理解，道路中除了路面层，在路面层之下号包括多个构造层，例如碎石层、沥青层等，这些构造层对应的三维模型都可以根据本实施例中构造路面三维模型的方法进行构造。结构层模型与路面三维模型的区别仅在于厚度、宽度以及两侧坡度不同。因此在获得路面三维模型的基础上，本实施例还可以通过以下步骤得到构造层模型，如图12所示：

s700:根据所述道路结构设计图获取路面以下的构造层信息，所述构造层信息包括宽度信息、坡度信息和厚度信息。

s800:根据所述宽度信息、坡度信息和厚度信息对所述路面三维模型进行加宽和放坡，以生成构造层三维模型。

通过上述步骤，本实施例可以获取到每一构造层对应的三维模型。将多个构造层三维模型按次序叠加，就可以得到完整的道路三维模型。

请继续参阅图13，示出了一种路面三维模型的构造装置，在本实施例中，路面三维模型的构造装置130可以包括或被分割成一个或多个程序模块，一个或者多个程序模块被存储于存储介质中，并由一个或多个处理器所执行，以完成本发明，并可实现上述路面三维模型的构造方法。本发明所称的程序模块是指能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，比程序本身更适合于描述路面三维模型的构造装置130在存储介质中的执行过程。以下描述将具体介绍本实施例各程序模块的功能：

图纸获取模块131，适用于获取与目标道路相关的二维图纸，所述二维图纸包括道路平面图和线路纵断面图；

几何多边形模块132，适用于根据所述道路平面图提取与所述目标道路对应的中心线和多个几何多边形，其中所述几何多边形是由所述道路平面图中的机动车道、人行道、绿化带中的任意一种或几种形成的分布在所述中心线两侧的封闭区域块；

中心线模型模块133，适用于根据所述线路纵断面图提取所述中心线上的多个桩号点标高，并根据所述中心线和所述多个桩号点标高生成三维中心线模型；

特征点模块134，适用于根据所述三维中心线模型与每个所述几何多边形的位置关系，确定每个所述几何多边形中的特征点及其标高；

插值模块135，适用于利用插值法计算每个所述几何多边形中除所述特征点之外的其它端点的标高，所述其它端点包括所述几何多边形中的原始顶点；

模型生成模块136，适用于根据确定了标高的所述特征点和所述其它端点生成与所述目标道路对应的路面三维模型。

本实施例还提供一种计算机设备，如可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备140至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器141、处理器142，如图14所示。需要指出的是，图14仅示出了具有组件141-142的计算机设备140，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

本实施例中，存储器141(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器141可以是计算机设备140的内部存储单元，例如该计算机设备140的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器141也可以是计算机设备20的外部存储设备，例如该计算机设备140上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。当然，存储器141还可以既包括计算机设备140的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器141通常用于存储安装于计算机设备140的操作系统和各类应用软件，例如实施例一的路面三维模型的构造装置130的程序代码等。此外，存储器141还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。

处理器142在一些实施例中可以是中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器142通常用于控制计算机设备140的总体操作。本实施例中，处理器142用于运行存储器141中存储的程序代码或者处理数据，例如运行路面模型的构造装置130，以实现实施例一的路面模型的构造方法。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、app应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于存储路面模型的构造装置130，被处理器执行时实现实施例一的路面模型的构造方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

流程图中或在此以其它方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本技术领域的普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。