[发明专利]一种基于矢量和栅格混合表示的城市环境量化数据组织方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于三维城市中环境信息量化数据的表示方法，特别是一种基于矢量和栅格混合表示的城市环境量化数据组织方法，属于计算机虚拟现实和仿真应用领域。

背景技术

随着地理信息系统的不断发展，城市建设中环境信息的表述变得越来越复杂。传统上，城市建设所应用的环境信息主要是城市地物投影于二维平面的空间数据。根据城市建设不同领域的特点，二维空间数据应用的重点与方式有所不同。比如在城市规划领域，城市的规划管理和设计部门应用高精度的二维空间数据，在空间数据库的支持下，进行空间数据的查询和特定应用模型的空间分析。而在城市交通设计方面，二维空间数据的应用则主要包括基础设施规划、设计与管理、交通分析与控制、环境影响评估等方面。尽管二维空间数据的应用已十分广泛，但在越来越多的领域，二维空间数据的作用被认为是有限的，并不能表达和解决更为复杂的一些空间现象。

以三维城市模型3DCM为研究对象的3DGIS对环境信息的要求则更复杂，三维城市的快速发展，一方面表现在城市功能的日趋复杂，另一方面表现在城市空间形态，特别是三维空间形态的多样性与复杂性。这种存在于城市地面之上和地面之下各种空间地物，使用传统的空间数据是难以表现它们的形态以及相互之间的关系。

目前，环境信息应用最广泛的是计算机生成兵力(CGF)中的地形数据库，国外CGF系统的地形数据库主要有ModSAF、CCTT SAF、OpenSAF等，这些均是一脉相承的计算机生成兵力系统，每一个都在前一个的基础上进行了补充和扩展。ModSAF最早是一个模拟地面坦克及分队的CGA系统，其地形数据库的构建是基于地面的兵力进行的，因此其地形数据库只支持陆地地形，仅在美国陆军(Army)的虚拟战场环境中使用。CCTT为了最大限度的利用ModSAF的成果，采用了ModSAF’s CTDB和Quadtree两种数据库的混合。在OpenSAF中，对ModSAF的地形数据库进行了扩充，从陆地到海洋，再到天空，形成了一个增强的虚拟海陆空综合环境(包含大气、海洋、天气和时间变化)。它们的环境数据库的组织结构都是基于栅格和四叉树方式，在ModSAF的地形数据库中两种组织结构形成独立的两个数据库CTDB和Quadtree。CCTT的“Model Reference”数据库(MRTDB)则把两种组织方式集中在一个数据库里。上述几种的环境数据库的具体内容和实现方式都在不断的发展，对环境的描述也更加综合。从陆地到海洋、天空；从刚开始的高程地形和简单特征，到碰撞检测、武器杀伤范围检测、视线等。更进一步的研究包括高层路径规划和障碍规避，区域的通视性、掩护和隐蔽，动态地形效果，天气等。ModSAF、CCTT SAF、OpenSAF三个系统的地形数据库都提供实时服务，这也是CGF的必然要求。

通过比较，发现已有的CGF系统中对于环境信息数据的组织方法主要的表示集中在野外作战的环境信息表示上，同时数据是基于栅格方式的二维表达。在三维城市下，上述的技术很难得到延伸与发展，易造成数据量大、精度低，考虑到三维城市中环境信息数据表示的精确性和语义性特点，有必要提出一种新的环境信息量化表示方法，来解决此类问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于矢量和栅格混合表示的城市环境量化数据组织方法，该方法结合城市环境信息的特点，有效地避免了完全采用栅格方式描述城市环境的缺点，如：数据量大、精度低的缺点，同时将传统的环境信息二维空间描述扩展到了三维空间上，以适用于三维城市中的交互仿真。

本发明的技术解决方案：一种基于矢量和栅格混合表示的城市环境量化数据组织方法，其特点在于步骤如下：

(1)首先按照给定的CAD或相关图纸构建三维城市模型；

(2)  其次进行的是数据量化组织阶段：将三维城市模型中的特征物进行景观分类，划分为街区环境和室内建筑环境两类；对于街区环境，首先进行精度设置，然后再进行图层划分，对划分后的每个图层采用栅格化表示；对于室内建筑环境，首先进行语义层面的实体划分，然后再进行图层划分，图层利用矢量法表示；

(3)将最终的栅格矢量基础数据图层与基于XML描述的空间对象一一映射，上层的仿真应用按照如上的描述，以特征物对象为查询单元，就可以方便找出相关环境信息数据。