[发明专利]海量高精度三维电力设备模型在GIS中高效渲染方法

说明书

技术领域

本发明适用领域为海量高精度三维电力设备仿真模型在大场景中可视化应用的电力GIS相关领域。

背景技术

三维模型可视化技术领域近年来有以下几方面背景，一是 ACIS 内核的三维设计软件在全球有着广泛应用，超过350种客户应用程序采用其技术内核。二是三维渲染技术OPENGL和DirectX3D技术逐渐成熟，在大型三维游戏场景渲染、三维建筑模型渲染、三维设备模型渲染方面有着非常广泛的应用。三是三维数字地球技术的逐渐成熟，涌现出大量的三维数字地球平台如国外的Google地球 、WorldWind等国外优秀平台，Ev-Globe、GeoGlobe等国内优秀平台，借助于LOD、三维视窗裁剪技术，他们在三维数字地球领域获得了很大的成功。 

该领域相关关键技术有三个方面：一是 组件化模型组织方式，二是基于金字塔的显示控制技术，三是DirectX 3D渲染管线技术。

其中，二维电子地图金字塔显示控制技术，通常使用四叉树结构组织二维电子地图，该技术存在的主要问题在于无法有效的组织三维数据。

面向设计者的ACIS三维模型组织渲染技术，该技术提供线框、曲面、实体造型、拓扑和几何运算等高级造型功能，通过易于使用的修改、标注和查询实用程序方便地浏览模型，通过灵活的3D造型构建块提高可扩展性，提供了着色和消隐等三维渲染功能。但是该技术的优势是针对单个或有限数量的模型，ACIS三维模型组织渲染技术还不能实现海量三维模型的高效渲染，这是其存在的主要问题。

发明内容

本发明要解决的问题目的主要有二个：第一，实现高精度单个模型电塔、电站、电厂、电力线路三维模型的高效渲染；第二，实现海量高精度电力设备模型组成的电网高效渲染，场景控制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种海量高精度三维电力设备模型在GIS中高效渲染方法，利用可编程管线技术、视窗裁剪技术和LOD技术，对电力设备模型建立模型内部的三维空间索引，从而实现电力设备模型精度、视觉效果和渲染效率的平衡；其具体步骤如下：

步骤一，对电力设备模型进行简化；

步骤二，对电力设备模型进行分级管理，建立空间索引渲染次数优化、在不同观测距离和角度绘制详细程度不同的电力模型；

步骤三，在显示界面上利用遮挡技术、视窗裁剪技术减少渲染引擎的工作量，从而实现电力设备模型精度、视觉效果和渲染效率的平衡。

在所述的步骤一中，对电力设备模型中相同相近实体的三角面进行顶点抽稀，然后对电力设备模型表面贴图进行纹理压缩。

在所述的步骤二中，按照一定跨度将三维电力设备模型对象所在区域进行划分，针对划分后的单个块采用金字塔技术和四叉树结构预置六个层次，具体为：

第一层：点线层I，对象为超高压线路逻辑接线图；

第二层：点线层II，对象包括高压线路走向图、电厂点、电站点；

第三层：点线区层，对象包括线路走向图、杆塔点、电厂点、电站点；

第四层：一级模型复杂线层，对象包括简单杆塔、变电站、电厂模型、不分裂导地线，视窗内保持不多于100个简单模型渲染；

第五层：二级模型复杂线层，对象包括中等复杂模型、分裂导地线，视窗内保持不多于15个中等模型渲染；

第六层：三级模型复杂线，对象包括高精细杆塔、变电站、电厂模型、分裂导线，视窗内保持不多于5个精细模型渲染。

在渲染对象之前需要对三维电力设备模型进行预处理操作，每增加一个对象，需要对该对象进行分块处理。

在对三维电力设备模型进行渲染时，所述的三个步骤没有先后，互相利用。

采用上述技术方案的本发明，通过制定电力设备三维模型的制作标准规范，使三维模型的制作规范化，在保证模型准确性和精度的前提下提高建模效率。通过高精度电力设备三维模型的渲染控制方案，借助DirectX 3D渲染管线技术，实现高精度高密度三维电力设备模型的渲染，通过三维电网场景的控制方案，实现海量三维模型的高效流畅渲染，形成海量高精度三维电力设备模型的高效可视化技术方案。

规范了三维电力设备模型的制作过程和方案，使工程设计部门的设计成果能够逼真高效的展示在GIS平台上，借助GIS平台能直观地仿真出工程竣工后的场景，有利于上层部门辅助决策，便于管理。

本发明解决了高精度三维电力设备模型只能在极高硬件配置下才能高效展示的难题，实现了在普通PC机上的高效可视化，为相关部门节约了资金投入。