[发明专利]基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法

说明书

本发明公开了一种基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法，包括数据预处理：包括统一数据标准和模型数据简化；模型管段生成：通过GPU编程，结合GPU的顶点着色器、几何着色器生成管线片元数据；管段连接：对弯管连接处进行圆滑过渡连接，多连通管点处进行布尔切割运算，并在节点处重构管线三角网；模型渲染：调用GPU像素着色器，根据管线材质、管线类型进行管线表面文理映射，生成帧缓存。本发明利用GPU几何着色器自动生成管线的顶点数据并构建管线三角网能够进一步提高建模效率，该方法减轻CPU端的计算负载，并有效克服了目前基于OpenGL算法的局限，能够胜任各类地下管线的实时建模以及大规模地下管网系统的创建。

技术领域

本发明涉及建模方法，尤其涉及一种基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法。

背景技术

地下管线负责一个城市健康高效运行的“生命线”。近年来，频发的地下管线安全事故以及国家部委陆续颁发的各项关于地下管线安全监管的政策文件，使人们对地下管线的管理愈加重视。在全面建设“智慧城市”的热潮中，传统的二维图形已经很难满足时代需求，地下管线的三维建模由于其对管线的三维特征、空间关系的直观表达，已经成为智慧城市建设的重要组成部分。

目前针对地下管线三维建模的研究主要通过三维建模软件(如Creator,3DMax等)和基于OpenGL(Open Graphics Library，是指定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口)建模实现。

通过三维建模软件构建地下管线三维模型，虽然能够构造出较精细的管线模型，但数据结构复杂、数据量庞大且不支持三维场景中的交互实时建模。因此地下管线的实时三维建模成为一个研究热点，目前大部分的研究均基于OpenGL实现，主要的思路是采用连续四边形逼近管线模型，并采用合适的方法解决弯管和多连通管线问题，但该方法在模型显示效率、海量管线建模方面还存在明显缺陷。

1、传统建模软件生成的三维管线模型主要靠手工完成，建模效率低，数据量大，作为外部导入的模型，并不能在三维场景中进行实时的编辑等操作。

2、单纯基于OpenGL算法进行管线自动建模存在的局限主要有以下几点:

(1)由于管线模型采用分段构造连续四边形的方法拟合生成，其拟合逼真度的提高将使模型数据量增大降低显示速度；

(2)对于多连通管线节点的处理，很多研究采取建立管件模型库的方法，建模工作量大且不利于管线的实时建模；

(3)目前的地下管线三维实时建模方法均基于CPU(Central Processing Unit，即中央处理器，是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算和控制核心，它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据)完成，在构建具有海量管线模型的管网系统时表现吃力。

(4)对管网中涉及阀门、三通、管井等附属设施等表现精度与逼真度不够。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法，包括以下步骤：

S1、数据预处理：包括统一数据标准和模型数据简化；

统一数据标准：参照与遵循国家标准和行业标准制定四位数据库；

模型数据简化：对模型连接件进行简化，将特征点使用模型库中模型导入，根据统一数据标准进行特征点的自动选型、位置确定、角度旋转和比例缩放；

S2、模型管段生成：通过GPU编程，结合GPU的顶点着色器、几何着色器生成管线片元数据；