[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

本發明涉及適用于城市微蜂窩和室內場景三維矢量測量，為提出一種適用于城市微小區以及室內場景三維矢量數據庫建立方法，降低三維射線跟蹤模型中建立數據庫的計算復雜度。本發明射線跟蹤中三維矢量數據庫建模方法，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；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最后將其進行逆透視投影即可得到所需的三維可見面。本發明主要應用于城市微蜂窩和室內場景三維矢量測量。

技術領域

本發明涉及適用于城市微蜂窩和室內場景三維矢量測量，具體講,涉及射線跟蹤中三維矢 量數據庫建模方法。

背景技術

射線跟蹤是一種高效的電波傳播特性分析方法，能精確預測城市微蜂窩以及室內場景的 場強覆蓋，有效分析多徑強度、到達角、離開角和時延等重要的信道特性參數。近幾年，射 線跟蹤已廣泛應用于電波傳播預測、無線網絡規劃以及無線定位等方面。然而射線跟蹤方法 的實現需要精確的三維矢量數據庫，并且計算復雜高。

場景數據庫是射線跟蹤計算的基礎。現有的三維場景建模方法很多，如：基于二維GIS (Geographic Information System，地理信息系統)的三維建模，該方法雖經濟有效，但精度 不高；基于影像的三維建模，該方法精度高，但成本較高，自動化建模難度較大；基于激光 掃描系統的三維建模，該方法數據獲取速度快，實時性強，但后期處理工作量很大；CAD三 維建模，該方法所需設備簡單，適合小區域建模，模型逼真，但工作量大。建立可見元數據 庫能減少參與射線跟蹤計算的面片和劈的數量，是降低射線跟蹤計算復雜度的有效方法。在 三維空間內求解可見元復雜度較高，有研究者使用掃描線算法通過對場景進行水平掃描和垂 直掃描來求解可見元，需要進行大量線面求交運算，計算復雜度較高；還有研究者使用透視 投影法通過空間分區和投影將三維幾何問題轉化到二維平面上處理，降低了復雜度，但不能 有效應用于室內場景。

針對上述問題，并且為了降低射線跟蹤計算復雜度，對三位矢量數據庫的建立提出了新 的更高的要求。基于此，開展了對三維矢量數據庫建立方法的研究。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在通過分析室外場景與室內場景的特點，提出一種適 用于城市微小區以及室內場景三維矢量數據庫建立方法，降低三維射線跟蹤模型中建立數據 庫的計算復雜度。為此，本發明采用的技術方案是，射線跟蹤中三維矢量數據庫建模方法， 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。

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 ExchangeFormat) 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；