[发明专利]一种结构层级的三维建筑物渐进式编码与传输方法及系统

说明书

为缓解海量的三维建筑物模型数据和有限网络资源之间的矛盾，本发明提供了一种结构层级的三维建筑物渐进式编码与传输方法及系统。本发明首先将建筑物网格分割为组件，根据表面积与体积大小提取主要组件和独立结构，再从主要组件中提取主结构和附属结构；然后根据这三种基本结构的连接关系构造结构拓扑图(STG)，利用STG将结构包装为最小的增量传输单元(传输节点)。当请求数据时，综合考虑视点位置、节点的朝向和视觉重要度来选择期望的节点，并响应客户端。实验表明本发明在编码3D建筑模型时可以更好地保持几何和拓扑特征。在传输过程中，本发明不仅有效地降低了传输负荷，而且在不同简化率下，给用户提供了一致性的建筑物外观体验。

技术领域

本发明属于计算机图形学与虚拟地理环境领域，具体涉及一种结构层级的三维建筑物渐进式编码与传输方法及系统。

背景技术

地理信息系统(Geographic Information System,GIS)以地球的表层空间的物体作为研究对象，是对其数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示的完整过程系统。随着人们对GIS可视化需求的增加，三维GIS得到了快速发展，并逐渐应用于城市规划、地籍测量和环境监测中。近些年，由于数据共享需求的增加和互联网技术的发展，3D WebGIS的得到了广泛使用。这些应用，如Google地球，Cesium等，允许用户使用web浏览器访问三维场景，实现了十分真实的可视化效果，具有很强的开放性和灵活性，且成本较低。目前，这些应用涉及军事、教育、商业等多个领域。

三维建筑物是数字城市的重要组成，也是三维GIS中重要的可视化要素。与地形、树木这类虚拟地理环境要素相比，三维建筑物模型具有很强的人造模型属性和丰富的细节信息，而为了表达其海量的细节信息，建筑物模型通常具有很高的数据量。而对于城市级别的三维建筑物模型，其数据量更是海量的。虽然计算机硬件处理能力和网络状况都得到了大幅提高，然而三维可视化应用仍难以应对海量三维数据带来的低效的网络传输和不流畅的图形渲染的两大问题。学者们针对以上两个问题，提出了多细节层次技术(Levels ofDetail,LOD)。该方法通过将三维模型简化到不同的详细程度，按需提供给用户不同层级的模型，即近处提供详细模型，远处提供粗略模型。LOD思想被广泛使用于各大三维应用中，例如cesium三维引擎推出了3D Tiles开放规范，用于规范3D地理空间数据集的网络传输，在实际应用中产生了较好的效果。开放地理空间信息联盟(Open Geospatial Consortium,OGC)于2005年提出了CityGML标准，将三维建筑物模型由粗到细划分为5个层次，然而多层次的模型数据之间没有关联，当在网络上传输时，大量的冗余数据带来了重复传输问题，浪费了网络传输带宽。