[發(fā)明專利]一種基于矢量和柵格混合表示的城市環(huán)境量化數(shù)據(jù)組織方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710176721.8
• 申請日: 2007-11-01
• 公開（公告）號: CN101158966A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁曉輝;霍曉棟;王正光
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30;G06T17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧紀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于三維城市中環(huán)境信息量化數(shù)據(jù)的表示方法，特別是一種基于矢量和柵格混合表示的城市環(huán)境量化數(shù)據(jù)組織方法，屬于計算機虛擬現(xiàn)實和仿真應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著地理信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)中環(huán)境信息的表述變得越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)上，城市建設(shè)所應(yīng)用的環(huán)境信息主要是城市地物投影于二維平面的空間數(shù)據(jù)。根據(jù)城市建設(shè)不同領(lǐng)域的特點，二維空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的重點與方式有所不同。比如在城市規(guī)劃領(lǐng)域，城市的規(guī)劃管理和設(shè)計部門應(yīng)用高精度的二維空間數(shù)據(jù)，在空間數(shù)據(jù)庫的支持下，進行空間數(shù)據(jù)的查詢和特定應(yīng)用模型的空間分析。而在城市交通設(shè)計方面，二維空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用則主要包括基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計與管理、交通分析與控制、環(huán)境影響評估等方面。盡管二維空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用已十分廣泛，但在越來越多的領(lǐng)域，二維空間數(shù)據(jù)的作用被認為是有限的，并不能表達和解決更為復(fù)雜的一些空間現(xiàn)象。

以三維城市模型3DCM為研究對象的3DGIS對環(huán)境信息的要求則更復(fù)雜，三維城市的快速發(fā)展，一方面表現(xiàn)在城市功能的日趨復(fù)雜，另一方面表現(xiàn)在城市空間形態(tài)，特別是三維空間形態(tài)的多樣性與復(fù)雜性。這種存在于城市地面之上和地面之下各種空間地物，使用傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)是難以表現(xiàn)它們的形態(tài)以及相互之間的關(guān)系。

目前，環(huán)境信息應(yīng)用最廣泛的是計算機生成兵力(CGF)中的地形數(shù)據(jù)庫，國外CGF系統(tǒng)的地形數(shù)據(jù)庫主要有ModSAF、CCTT?SAF、OpenSAF等，這些均是一脈相承的計算機生成兵力系統(tǒng)，每一個都在前一個的基礎(chǔ)上進行了補充和擴展。ModSAF最早是一個模擬地面坦克及分隊的CGA系統(tǒng)，其地形數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建是基于地面的兵力進行的，因此其地形數(shù)據(jù)庫只支持陸地地形，僅在美國陸軍(Army)的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中使用。CCTT為了最大限度的利用ModSAF的成果，采用了ModSAF’s?CTDB和Quadtree兩種數(shù)據(jù)庫的混合。在OpenSAF中，對ModSAF的地形數(shù)據(jù)庫進行了擴充，從陸地到海洋，再到天空，形成了一個增強的虛擬海陸空綜合環(huán)境(包含大氣、海洋、天氣和時間變化)。它們的環(huán)境數(shù)據(jù)庫的組織結(jié)構(gòu)都是基于柵格和四叉樹方式，在ModSAF的地形數(shù)據(jù)庫中兩種組織結(jié)構(gòu)形成獨立的兩個數(shù)據(jù)庫CTDB和Quadtree。CCTT的“Model?Reference”數(shù)據(jù)庫(MRTDB)則把兩種組織方式集中在一個數(shù)據(jù)庫里。上述幾種的環(huán)境數(shù)據(jù)庫的具體內(nèi)容和實現(xiàn)方式都在不斷的發(fā)展，對環(huán)境的描述也更加綜合。從陸地到海洋、天空；從剛開始的高程地形和簡單特征，到碰撞檢測、武器殺傷范圍檢測、視線等。更進一步的研究包括高層路徑規(guī)劃和障礙規(guī)避，區(qū)域的通視性、掩護和隱蔽，動態(tài)地形效果，天氣等。ModSAF、CCTT?SAF、OpenSAF三個系統(tǒng)的地形數(shù)據(jù)庫都提供實時服務(wù)，這也是CGF的必然要求。

通過比較，發(fā)現(xiàn)已有的CGF系統(tǒng)中對于環(huán)境信息數(shù)據(jù)的組織方法主要的表示集中在野外作戰(zhàn)的環(huán)境信息表示上，同時數(shù)據(jù)是基于柵格方式的二維表達。在三維城市下，上述的技術(shù)很難得到延伸與發(fā)展，易造成數(shù)據(jù)量大、精度低，考慮到三維城市中環(huán)境信息數(shù)據(jù)表示的精確性和語義性特點，有必要提出一種新的環(huán)境信息量化表示方法，來解決此類問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于矢量和柵格混合表示的城市環(huán)境量化數(shù)據(jù)組織方法，該方法結(jié)合城市環(huán)境信息的特點，有效地避免了完全采用柵格方式描述城市環(huán)境的缺點，如：數(shù)據(jù)量大、精度低的缺點，同時將傳統(tǒng)的環(huán)境信息二維空間描述擴展到了三維空間上，以適用于三維城市中的交互仿真。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種基于矢量和柵格混合表示的城市環(huán)境量化數(shù)據(jù)組織方法，其特點在于步驟如下：

(1)首先按照給定的CAD或相關(guān)圖紙構(gòu)建三維城市模型；

(2)??其次進行的是數(shù)據(jù)量化組織階段：將三維城市模型中的特征物進行景觀分類，劃分為街區(qū)環(huán)境和室內(nèi)建筑環(huán)境兩類；對于街區(qū)環(huán)境，首先進行精度設(shè)置，然后再進行圖層劃分，對劃分后的每個圖層采用柵格化表示；對于室內(nèi)建筑環(huán)境，首先進行語義層面的實體劃分，然后再進行圖層劃分，圖層利用矢量法表示；

(3)將最終的柵格矢量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖層與基于XML描述的空間對象一一映射，上層的仿真應(yīng)用按照如上的描述，以特征物對象為查詢單元，就可以方便找出相關(guān)環(huán)境信息數(shù)據(jù)。