一种基于线路分页分层模型的视相关多线程动态更新方法

本发明涉及线路三维可视化，具体涉及一种基于线路分页分层模型的视相关多线程动态更新方法。

背景技术：

1、线路的三维可视化对于提高线路设计效率和设计成果质量至关重要，是线路设计者与决策者、其他专业设计者交流的纽带。随着建筑信息模型技术bim（buildinginformation model）的崛起，线路结构物模型也愈发精细和真实，公路、铁路线路通常有几百甚至上千公里，沿线结构物种类复杂多样，模型数据量巨大。海量的数据一次性调入计算机内存并渲染出来不仅难以实现，而且占用大量的计算机内存，耗时长、易卡顿，容易发生软件闪退、电脑死机等现象。如今实现线路三维模型的高质量渲染和流畅展示这一目标，仍面临着诸多挑战。

2、现有的模型分页调度技术难以兼顾线路工程的实际需要和线路三维模型的特征。不同于其他三维场景的是，线路线形设计过程中会存在频繁修改、反复调整方案的情况，要求对线路三维模型进行动态更新，而现有的基于里程的线路最小影响域确定方法主要针对单层的、整体的线路三维模型，并不适用于大规模的、分页分层组织的线路三维结构物模型。

3、综上所述，急需一种基于线路分页分层模型的视相关多线程动态更新方法解决现有技术中的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于线路分页分层模型的视相关多线程动态更新方法，具体技术方案如下：

2、一种基于线路分页分层模型的视相关多线程动态更新方法，包括如下步骤：

3、步骤s1：构建线路分页分层模型，具体是，构建线路分页模型，所述线路分页模型包括基于里程构建单一结构物路段和不同结构物交界段，所述单一结构物路段为结构物类型一致的路段，所述不同结构物交界段为不同结构物交界的路段；建立细节层次编码，基于细节层次编码将线路分页模型划分不同细节层次，得到线路分页分层模型；

4、步骤s2：预测视点运动轨迹，具体是，选取预测步长并进行页码预测和层级预测；

5、页码预测：通过前一帧视点和当前帧视点的坐标获取视点相关里程，结合埃尔米特算法预测下一帧视点的坐标，进而获取视点相关里程，定位线路分页模型的预加载页码范围；

6、层级预测：通过前一帧视点和当前帧视点距离目标模型的视距，结合埃尔米特算法得到下一帧视点距目标模型的视距，然后将下一帧视点距目标模型的视距与每层线路结构物细节层次模型的可见视点距离作比较，得到预测模型细节层级；

7、步骤s3：线路分页分层模型视相关多线程动态更新，具体是，动态调度模型数据，此时依次进行帧后处理、帧前处理和合并渲染，实现对线路分页分层模型的三维可视化浏览；当对线路分页分层模型进行修改时，确定基于页的最小影响域范围，多线程动态更新最小影响域范围内的线路分页分层模型；

8、帧后处理：卸载过期数据，基于步骤s2的视点运动轨迹，确定线路分页分层模型的预加载数据；

9、帧前处理：基于步骤s2的预加载页码范围和预测模型细节层级，对预加载数据进行预编译；

10、合并渲染：将编译完成的数据加载至内存，完成场景的实时渲染，实现模型动态更新。

11、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s1中，所述线路分页模型通过每一页模型的起始里程、终止里程和基本分段间隔距离构建，所述基本分段间隔距离按实际需求确定，并根据结构物类型进一步细分。

12、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s1中，所述线路分页分层模型的构建采用渲染线程、工作线程和后台线程协同作业；

13、所述渲染线程用于场景模型的实时渲染；

14、所述工作线程用于计算建模数据、响应用户所有的命令和执行线路分层模型中其中一层模型的创建和更新任务；

15、所述后台线程用于在创建和修改模型时辅助工作线程构建模型。

16、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s1中，所述线路分页分层模型的构建分为建模数据计算阶段、多线程快速建模阶段、后台辅助建模阶段和正常工作阶段；

17、在建模数据计算阶段中，工作线程开始工作；

18、在多线程快速建模阶段中，工作线程构建粗糙的模型，同时后台线程辅助构建精细的模型；

19、在后台辅助建模阶段中，渲染线程开始进行场景渲染，此时后台线程同步完成构建精细的模型；

20、在正常工作阶段中，渲染线程继续进行渲染任务，工作线程等待响应其他指令，后台线程闲置。

21、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s1中，所述细节层次编码包括线路线形设计层级、结构物初步设计层级和结构物细节布局层级，基于所述线路线形设计层级、结构物初步设计层级和结构物细节布局层级构建三种不同细节层次的线路分页模型，得到线路分页分层模型。

22、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s2中，预测步长采用所有线路分页模型的实际分段间隔距离平均值，表达式如下：

23、；

24、其中，表示预测步长；表示第页分页模型的实际分段间隔距离；表示线路分页模型的总个数。

25、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s2中，页码预测的具体流程如下：

26、第一步，获取前一帧视点的坐标和当前帧视点的坐标；

27、第二步，采用埃尔米特算法构建视点运动轨迹函数，进行下一帧视点的预测；

28、设；

29、为使是一个次数小于等于3的多项式，且满足插值条件：

30、；

31、令基函数都是次数不超过3的多项式，且满足如下条件：

32、；

33、设，计算得到：

34、；

35、；

36、；

37、设，计算得到：

38、；

39、；

40、综上，预测下一帧视点投影坐标的埃尔米特多项式如下：

41、；

42、则下一帧视点的平面投影坐标可以表示为：

43、；

44、将投影至线路中心线得到视点的视点相关里程，再将当前帧视点的平面投影坐标投影至线路中心线，得到视点的视点相关里程，完成线路分页分层模型的页码预测。

45、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s2中，层级预测的具体流程如下：

46、第一步，获取前一帧视点的视距和当前帧视点的视距；

47、第二步，根据埃尔米特算法构建视点视距函数；

48、设，基函数确定方法与页码预测相同，视点相关里程的埃尔米特多项式如下：

49、；

50、根据视点的视点相关里程，计算下一帧视点与目标模型的距离，表达式如下：

51、；

52、第三步：将与每层线路结构物细节层次模型的可见视点距离作比较，得到预测模型细节层级，完成线路分页分层模型的层级预测。

53、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s3中，最小影响域范围基于线路分页模型的页码确定。

54、在一个具体的实施案例中优选的，在步骤s3中，多线程动态更新包括线路示意模型更新和线路精细模型更新，所述线路示意模型更新为工作线程对线路线形设计层级和结构物初步设计层级的线路分页模型进行动态更新，所述线路精细模型更新为后台线程对结构物细节布局层级的线路分页模型进行动态更新。

55、应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

56、（1）本发明方法通过细节层次编码表达“分页分层”概念，该方法在准确划分三维模型段落的同时，保证了不同类型结构物模型之间的相对独立性和单个结构物模型的完整性。另外，考虑到线路分页分层模型的复杂性，本发明方法采用多线程技术实现线路分页分层模型的快速构建，有效解决传统矩形分块方法导致线路三维模型支离破碎、难以依据里程定位等问题，并且多线程建模比传统串行建模方式效率高，适用性强。

57、（2）本发明方法公开了一种线路分页分层模型的动态调度方法，基于埃尔米特插值法预测的视点轨迹位置，计算视点相关里程和视距，最终预测出预加载线路分页分层模型的预加载页码范围和细节层级，对线路分页分层模型进行预加载，并及时剔除过期数据，节省了计算机内存，提高了三维场景渲染效率，使得线路浏览时更加流畅。

58、（3）本发明针对线路三维可视化领域，考虑到线路设计中修改线位时的实时可视化需求，并且传统基于里程的最小影响域更新方法不适用于组织分页分层模型，故在既有基于里程的最小影响域更新方法上进行改进，将最小影响域范围对应到分页分层模型的预加载页码范围，并协同多个线程对该段预加载页码范围内的模型进行动态更新，这种方法更加适用于长大精细的线路模型的流畅更新，克服了传统更新方法整体重构模型计算量大、易卡顿的弊端，提高了线路修改时的实时可视化效率。

59、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。