[發明專利]射線跟蹤中三維矢量數據庫建模方法

在審

• 申請號: 201810146442.5
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108416837A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 楊晉生;劉斌;陳為剛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/06;G06T15/20;G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種射線跟蹤中三維矢量數據庫建模方法，其特征是，步驟如下：

1)通過簡化的CAD建模方法快速的建立簡化場景的三維模型和場景數據庫，對于城市微蜂窩，建模過程中僅考慮建筑物；將建筑物建模為直棱柱或者直棱柱的組合；對于室內場景，室內物體建模方法與微小區建筑物的建模方法相同；室內六壁包括地面、天花板、墻壁以及墻壁上的門和窗戶，將它們建模為帶有不同電磁參數的面片；

2)基于改進的透視投影算法有效地建立關于視點的三維可見元數據庫，通過透視投影法將三維面片投影到二維平面上進行處理，具體首先使用背面消隱算法剔除所有背向視點的面片，然后將剩余的面片進行空間分區以及透視投影，接下來在投影平面內使用掃描線算法得到這些二維面片的遮擋關系，進一步基于多邊形減法算法去除被遮擋的部分面片，得到二維可見面，最后將其進行逆透視投影即可得到所需的三維可見面。

2.如權利要求1所述的射線跟蹤中三維矢量數據庫建模方法，其特征是，所述步驟進一步細化為：

步驟1：基于簡化的三維CAD建模方法建立場景數據庫

1)利用CAD繪制三維場景，并存儲為繪圖交換格式DXF(Drawing Exchange Format)文件，對于室外對象和室內物體，繪制其底面多邊形以及一條側棱；室內六壁單獨進行繪制，對象的電磁特性信息可通過編輯面片的屬性參數獲得；

2)提取DXF文件數據，建立三維場景數據庫，DXF文件是由7段組成：包含圖形的基本信息的HEADER段、包含應用程序定義的類的信息的CLASSES段、包含符號表的定義的TABLES段、包含構成圖形中每個塊參照的塊定義和圖形圖元的BLOCKS段、包含圖形中的圖形對象的ENTITIES段、包含圖形中的非圖形對象的OBJECTS段、包含圖形的預覽圖像數據THUMBNAILIMAGE段，按照上述繪圖方法，三維模型的幾何信息只包含于HEADER段和ENTITIES段內，所以建立室外場景數據庫時只需提取DXF文件中這兩段數據；

步驟2：得到場景數據庫的數據結構

三維場景數據庫使用結構體鏈表存儲建模場景詳細的幾何信息以及電磁信息，數據庫Objectdata中存儲的是場景中的對象，每個對象由該對象的基本信息Cube以及子對象面Face，邊緣Edge、點Point信息組成，基本信息包括對象的面片、劈以及頂點的總數；子對象信息包括這些幾何元素的位置坐標、拓撲關系以及電磁參數；

步驟3：使用空間分區算法提取三維可見面

采用空間六分區方法，以視點S為中心將空間劃分為六個區，接下來是將場景中的面片經過切割劃分到各個區域內部，基于面片是矩形的特點，先將場景中的前向面片的俯視圖由y＝x和y＝-x分割為四個區，然后分別對四個分區內的面片在z方向上分割為三個區，將四個分區內的面片劃分到上、右和下三個分區內；

步驟4：對于一些場景的修正

1)基于城市微小區場景的修正

對于城市微小區場景，忽略建筑物頂面；另一方面，直接將地面加入到可見元數據庫中；

2)基于室內場景的修正

對于室內場景，首先，需要考慮室內物體的頂面和底面；其次，對于視點，可直接將室內六壁的面片加入到三維可見面數據庫中；

步驟5：得到可見元數據庫的數據結構

三維可見元數據庫使用鏈表結構將可見面數據和可見劈數據分開存儲，數據庫中的變量見表：

表2 三維可見元數據庫變量說明表

表中的面頂點性質Vflag表示可見面片的頂點是否為三維場景中對象的頂點，邊性質Eflag是指該可見面片的各邊是否為三維場景中對象的劈或劈的一部分，索引號Index為該可見元在三維場景數據庫中的位置。