[發明專利]一種超大數據量虛擬現實空間信息可視化系統及方法

在審

• 申請號: 201710423434.6
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107291223A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 郭際明;許毅;方孟元
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/0481
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 嚴彥

技術領域

本發明專利屬于空間地理信息可視化領域，尤其涉及一般工作站在虛擬現實環境下進行百GB級甚至更大的超大數據量空間信息可視化及虛擬漫游的技術方案。

背景技術

空間地理信息是人們從現實世界中提取出于位置和空間有關的抽象信息，傳統的空間地理信息的載體主要是紙質或電子地圖，通過地圖的形式來記錄這些現實世界中的空間信息。隨著人類活動范圍不斷擴大，城市空間結構越來越復雜，傳統地圖的空間信息二維展示方式依托于紙張或電腦、手機顯示器，與人第一視角的觀察方式不同。三維數據的出現則可以使用戶可以在二維屏幕上以第一人稱視角進行瀏覽、漫游。而虛擬現實技術的出現則使用戶可以在全虛擬的環境下實現沉浸式的瀏覽漫游的視覺體驗，用戶如同完全置身于虛擬環境當中。

與此同時，三維數據所帶來的數據量空前提升，且虛擬現實顯示設備實時渲染所耗費的運算量更大，一般計算機只能保證小范圍三維場景的流暢渲染。而采用激光測量、傾斜攝影測量等現代測繪技術所獲取的城市級的三維數據往往具有百GB級數據量甚至更大，大大超越了普通工作站的性能極限。因此，百GB數據量甚至更大的城市級空間三維數據無法在虛擬現實環境下進行可視化表達。

發明內容

為了解決上面的問題，本發明提供了一種超大數據量虛擬現實空間信息可視化技術。應用該技術能夠為普通工作站提供百GB級甚至更大的超大數據量空間信息虛擬現實可視化能力，最終為一般用戶提供沉浸式的城市級實景虛擬漫游體驗。

本發明提供的一種超大數據量虛擬現實空間信息可視化系統，包括數據處理子系統、移動漫游子系統、數據加載子系統、虛擬現實顯示設備和空間信息數據庫，

所述數據處理子系統，用于對超大數據量的空間三維數據進行切塊處理，并對每個數據塊分別生成多細節層次結構；

所述空間信息數據庫，用于存儲數據處理子系統所得具有多細節層次結構的空間三維數據；

所述移動漫游子系統，用于調整用戶在虛擬環境中的當前位置，進而實現用戶在虛擬環境中的快速三維漫游；

所述數據加載子系統，用于實現根據用戶在虛擬現實環境中的當前位置從空間信息數據庫進行動態加載，包括依據距離的遠近分塊加載不同層次的數據；

所述虛擬現實顯示設備，用于根據數據加載子系統加載完成的三維數據進行動態渲染，展示三維數據可視化內容。

而且，所述數據處理子系統包括點云處理模塊、三角網模型處理模塊、人工模型處理模塊和數字高程模型模塊，

所述點云處理模塊，用于基于八叉樹數據結構對點云數據進行分塊和抽稀，形成點云數據的多細節層次結構；

所述三角網模型處理模塊，用于對三角網模型數據進行切割和抽稀，從而降低單個模型文件的頂點數及面數，形成三角網模型數據的多細節層次結構；

所述人工模型處理模塊，用于對數字城市模型數據進行切割和抽稀，從而降低單個模型文件的頂點數及面數，形成人工模型數據的多細節層次結構；

所述數字高程模型模塊，采用柵格數據處理方式，通過數據切割及像元間鄰域平滑處理，形成數字高程模型數據的多細節層次結構。

而且，所述移動漫游子系統包括定點移動模塊和飛行漫游模塊，

所述定點移動模塊，用于通過到達用戶手柄發射的射線與地面的相交點位置，實現用戶在超大場景下的定點移動；

所述飛行漫游模塊，用于根據三維場景計算移動速度，通過向用戶手柄的當前方向按照移動速度緩慢平移從而達到飛行效果，實現用戶在超大場景下的飛行漫游。

而且，所述定點移動模塊，通過接收用戶操作手柄的切線方向，在用戶按下操作手柄扳機按鍵時在操作手柄切線方向上發射射線，在用戶松開操作手柄扳機按鍵時判斷發射的射線與三維場景的相交點；包括預先在三維場景中設定出道路結構，當相交點落在道路上時，則將用戶在虛擬環境中的當前位置調整到相交點處，實現在場景中的長距離定點移動。

而且，根據三維場景計算移動速度如下，

其中，a、b為預設的系數，B為預設的比例，h為用戶當前在虛擬場景中的高度，s為三維場景外包矩形的長邊長度，H為三維場景的高度范圍。

而且，依據距離的遠近分塊加載不同層次的數據，實現如下，

定義數據塊距離與三維數據細節層次之間的對應關系，如：

其中，L為用戶在虛擬現實場景中與各個數據塊中心的平面距離，s為數據塊寬度；

獲取用戶通過移動漫游子系統進行移動漫游后在虛擬現實環境中的當前位置坐標P(X,Y)；