[发明专利]一种海量三维数字城市模型组织管理方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种三维数字模型管理方法，特别是海量三维数字城市模型组织管理方法。

二、技术背景

目前，三维数字城市在城市规划、建设和管理中发挥着越来越大的作用，三维数字城市建设也在各大中城市逐步开展起来。为真实再现城市建设的现状和未来，需要通过测绘的手段采集城市建筑物、地表面、道路、桥梁、路灯、路牌等城市建筑物、构筑物以及景观的位置、尺寸数据，结合采集的现状，使用三维数字模拟的方式制作真实模型，这将产生海量的三维数字成果数据。

为充分发挥三维数字模型在城市规划建设和管理中应用，需要建立一种快速加载、显示和更新三维数据的管理方法。目前的三维数字模型大多采用独立模型、街道分界线的范围或任意几何范围作为独立的制作单元进行数据制作和组织，但是这种方式存在如下的问题：

①独立模型方式进行数据组织和管理时，所需要存储索引的数量过多，会造成数据调度和显示时需要进行很大的数据比较和运算，会导致数据加载、调度显示时效率太低。这种模式不适应大范围数字城市建设的需要。

②街道分片的模式由于边界线的不规则性，在空间查询分析时导致计算量增大，特别是在历史数据的更新时由于边界的不一致性，导致不同年份数据的统一组织、数据的更新存在数据的不一致性问题。这在大城市特别是快速发展的城市建设三维数字城市时问题尤其突出。

③传统的四叉树以目标区域的空间范围进行四叉树的分解，这种形式对于原始数据的组织、后期数据的更新都无法确保数据的一致性。

因此，怎样为海量三维数字城市模型数据的制作、组织、管理和应用提供高效的索引计算，方便历史数据的更新与存储，提高数据的加载更新和效率，是目前三维数字城市建设和管理中极待解决的问题。

三、发明的内容

为了克服现有数据组织管理模式的存在的缺陷，本发明的目的是提供一种海量三维数字城市模型组织管理方法，提高数据的加载与显示效率，方便后期历史数据的统一更新与维护。

本发明的目的是这样实现的：①按照城市大比例尺地形图分幅范围，以图幅为单元进行原始数据的制作、更新与归档；②按照四叉树分块的方式对城市范围进行数据块划分，并使所有数据块文件小于一定的阈值；③建立空间四叉树的数据索引结构进行数据的组织和管理，每一个节点记录包含该节点的外接立方体；④按照四叉树方式快速索引三维空间数据节点，判断节点立方体是否满足当前视角和距离的显示要求。具体实现方法如下。

按照每幅图作为一个数据单元，对该单幅图内的所有数据组织为一个数据文件进行存储与管理，并建立原始数据的元数据目录表，标明数据的存储位置、制作时间、上一版本数据索引。

数据导入数据库时，根据图幅范围按照四叉树方法进行等分切割，切割后分成的数据块文件大小若小于给定的阈值(15兆比特)，则该数据块文件为最终的入库数据文件；若数据文件大小大于域值，则按照四叉树方法对该数据块文件继续切割，直到所有的数据文件大小均在给定的阈值范围以内。

在内存中建立四叉树数据结构表，以城市基础地形分幅范围为基础，对整个城市区域进行四叉树方法进行划分，每一个节点记录其四至坐标P0(x0，y0)-＞P1(x1，y1)和最低点Z_min值、最高点Z_max值。若某个节点仅含有一个分块切割后的数据文件时，则记录该数据块文件的数据库位置；若某个节点范围内含有多个数据文件时，则继续进行四叉树结构的划分，直至其子节点仅含有一个数据文件为止。

在三维场景显示时，按照当前视点的位置P(x，y，z)、视线方向d(h，p，r)和视角范围β以及显示范围Dist，按照四叉树结构遍历计算各数据块文件是否在当前视线范围之内；当某数据在当前显示范围时，则判断数据块是否已经加载，如未加载，则通过数据加载程序读入到当前场景数据文件中；如已经加载，则仅进行显示；当某数据文件不在当前场景显示范围时，则需要导入到回收站中，已备数据删除。

数据的切割和编码以及四叉树的更新方式是采用自动化工具完成的。

本项发明与现有方法相比具有以下优点：

①数据加载效率快，采用四叉树结构建立了立体空间数据的索引方式，在数据加载项计算时减少了空间查询和分析的计算量。

②确保了数据的一致性，采用标准图幅法进行管理，在数据变化时以图幅为最小单元进行修改，保证了数据前后的一致性，可以有效地避免数据更新边界的不一致性。

③避免按照任意边界进行最小单元在数据文件存储、归档方面的复杂性，使得数据组织、管理方面更加有序。

四、具体实施方式：