海量高精度三維電力設(shè)備模型在gis中高效渲染方法
【專利摘要】一種海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法，利用可編程管線技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)和LOD技術(shù)，對電力設(shè)備模型建立模型內(nèi)部的三維空間索引，從而實現(xiàn)電力設(shè)備模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡；其具體步驟如下：步驟一，對電力設(shè)備模型進行簡化；步驟二，對電力設(shè)備模型進行分級管理，建立空間索引渲染次數(shù)優(yōu)化、在不同觀測距離和角度繪制詳細程度不同的電力模型；步驟三，在顯示界面上利用遮擋技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)減少渲染引擎的工作量，從而實現(xiàn)電力設(shè)備模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡。
【專利說明】海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明適用領(lǐng)域為海量高精度三維電力設(shè)備仿真模型在大場景中可視化應用的電力Gis相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]三維模型可視化【技術(shù)領(lǐng)域】近年來有以下幾方面背景，一是ACIS內(nèi)核的三維設(shè)計軟件在全球有著廣泛應用，超過350種客戶應用程序采用其技術(shù)內(nèi)核。二是三維渲染技術(shù)OPENGL和DirectX3D技術(shù)逐漸成熟，在大型三維游戲場景渲染、三維建筑模型渲染、三維設(shè)備模型渲染方面有著非常廣泛的應用。三是三維數(shù)字地球技術(shù)的逐漸成熟，涌現(xiàn)出大量的三維數(shù)字地球平臺如國外的Google地球、WorldWind等國外優(yōu)秀平臺，Ev-Globe、GeoGlobe等國內(nèi)優(yōu)秀平臺，借助于L0D、三維視窗裁剪技術(shù)，他們在三維數(shù)字地球領(lǐng)域獲得了很大的成功。
[0003]該領(lǐng)域相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)有三個方面:一是組件化模型組織方式，二是基于金字塔的顯示控制技術(shù)，三是DirectX 3D渲染管線技術(shù)。
[0004]其中，二維電子地圖金字塔顯示控制技術(shù)，通常使用四叉樹結(jié)構(gòu)組織二維電子地圖，該技術(shù)存在的主要問題在于無法有效的組織三維數(shù)據(jù)。
[0005]面向設(shè)計者的ACIS三維模型組織渲染技術(shù)，該技術(shù)提供線框、曲面、實體造型、拓撲和幾何運算等高級造型功能，通過易于使用的修改、標注和查詢實用程序方便地瀏覽模型，通過靈活的3D造型構(gòu)建塊提高可擴展性，提供了著色和消隱等三維渲染功能。但是該技術(shù)的優(yōu)勢是針對單個或有限數(shù)量的模型，ACIS三維模型組織渲染技術(shù)還不能實現(xiàn)海量三維模型的高效渲染，這是其存在的主要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的問題目的主要有二個:第一，實現(xiàn)高精度單個模型電塔、電站、電廠、電力線路三維模型的高效渲染；第二，實現(xiàn)海量高精度電力設(shè)備模型組成的電網(wǎng)高效渲染，場景控制。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法，利用可編程管線技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)和LOD技術(shù)，對電力設(shè)備模型建立模型內(nèi)部的三維空間索引，從而實現(xiàn)電力設(shè)備模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡；其具體步驟如下:
步驟一，對電力設(shè)備模型進行簡化；
步驟二，對電力設(shè)備模型進行分級管理，建立空間索引渲染次數(shù)優(yōu)化、在不同觀測距離和角度繪制詳細程度不同的電力模型；
步驟三，在顯示界面上利用遮擋技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)減少渲染引擎的工作量，從而實現(xiàn)電力設(shè)備模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡。
[0008]在所述的步驟一中，對電力設(shè)備模型中相同相近實體的三角面進行頂點抽稀，然后對電力設(shè)備模型表面貼圖進行紋理壓縮。
[0009]在所述的步驟二中，按照一定跨度將三維電力設(shè)備模型對象所在區(qū)域進行劃分，針對劃分后的單個塊采用金字塔技術(shù)和四叉樹結(jié)構(gòu)預置六個層次，具體為:
第一層:點線層I，對象為超高壓線路邏輯接線圖；
第二層:點線層II，對象包括高壓線路走向圖、電廠點、電站點；
第三層:點線區(qū)層，對象包括線路走向圖、桿塔點、電廠點、電站點；
第四層:一級模型復雜線層，對象包括簡單桿塔、變電站、電廠模型、不分裂導地線，視窗內(nèi)保持不多于100個簡單模型渲染；
第五層:二級模型復雜線層，對象包括中等復雜模型、分裂導地線，視窗內(nèi)保持不多于15個中等模型渲染；
第六層:三級模型復雜線，對象包括高精細桿塔、變電站、電廠模型、分裂導線，視窗內(nèi)保持不多于5個精細模型渲染。
[0010]在渲染對象之前需要對三維電力設(shè)備模型進行預處理操作，每增加一個對象，需要對該對象進行分塊處理。
[0011]在對三維電力設(shè)備模型進行渲染時，所述的三個步驟沒有先后，互相利用。
[0012]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，通過制定電力設(shè)備三維模型的制作標準規(guī)范，使三維模型的制作規(guī)范化，在保證模型準確性和精度的前提下提高建模效率。通過高精度電力設(shè)備三維模型的渲染控制方案，借助DirectX 3D渲染管線技術(shù)，實現(xiàn)高精度高密度三維電力設(shè)備模型的渲染，通過三維電網(wǎng)場景的控制方案，實現(xiàn)海量三維模型的高效流暢渲染，形成海量高精度三維電力設(shè)備模型的高效可視化技術(shù)方案。
[0013]規(guī)范了三維電力設(shè)備模型的制作過程和方案，使工程設(shè)計部門的設(shè)計成果能夠逼真高效的展示在GIS平臺上，借助GIS平臺能直觀地仿真出工程竣工后的場景，有利于上層部門輔助決策，便于管理。
[0014]本發(fā)明解決了高精度三維電力設(shè)備模型只能在極高硬件配置下才能高效展示的難題，實現(xiàn)了在普通PC機上的高效可視化，為相關(guān)部門節(jié)約了資金投入。
[0015]本發(fā)明縮短了工程設(shè)計部門與電力運營部門的距離，實現(xiàn)了整合設(shè)計共享管理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明中高精度三維模型渲染實現(xiàn)方案圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明針對電廠、電站、電塔兩類電力設(shè)備模型，其密度高精度高，利用可編程管線技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)和LOD技術(shù)，建立模型內(nèi)部的三維空間索引，實現(xiàn)模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡。
[0019]三維電力設(shè)備模型在空間上的分布特點是:局部密度高、精細度高、整體離散分布。在海量三維電力模型的可視化過程中，基于數(shù)據(jù)庫的電網(wǎng)對象二三維一體化對象索引、基于電網(wǎng)區(qū)域的金字塔組織控制方案，建立三個方向的空間索引，實現(xiàn)符合人類視覺感受的控制方案。[0020]基于上述分層對電力設(shè)備模型進行綜合渲染優(yōu)化，實現(xiàn)步驟有三:首先，對模型進行簡化，如進行模型三角面頂點抽稀、紋理壓縮。其次，對模型進行分級管理，建立空間索引渲染次數(shù)優(yōu)化、在不同觀測距離和角度繪制詳細程度不同的電力模型。最后，在顯示界面上利用遮擋技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)等減少渲染引擎的工作量，從而實現(xiàn)模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡。
[0021]第一步驟:電力設(shè)備模型三角面頂點抽稀，利用道格拉斯-普克抽稀算法，對針對單個中等及精細電力設(shè)備模型進行有條件的頂點抽稀。針對影響渲染效率的兩個方面，模型實體頂點數(shù)和模型實體總渲染次數(shù)。在電力設(shè)備模型渲染時，識別相同相近實體(如變電站及桿塔內(nèi)部的絕緣子、絕緣棒)，公用其頂點，如此可以大大降低模型渲染對顯存的要求。以一個圓柱形設(shè)備模型為例介紹具體實施方法，在最高級精度渲染時圓柱體上下圓面有數(shù)百個頂點組成的構(gòu)建三角面模擬，在中等精度渲染時，利用該抽稀算法對圓周弧段上的數(shù)百個頂點進行抽稀，在保證與最高精度外形最大相似度的情況下減少頂點數(shù)量以達到減輕渲染壓力提高渲染效率的方法。在該步驟下能夠?qū)崿F(xiàn)當從遠處看時只需要精細三維模型在屏幕上的投影輪廓，近看時是一個精細模型實體。如一個變電箱在遠處就成為一個立方體，這需要設(shè)立恰當?shù)募墑e，以作為分級管理的補充。紋理壓縮，即對模型表面貼圖進行紋理的簡化。從這兩方面減少三維模型的大小，提高渲染效率。
[0022]第二步驟:分級索引管理，按照一定跨度將三維電力設(shè)備模型對象所在區(qū)域進行劃分，針對單個塊采用金字塔技術(shù)和四叉樹結(jié)構(gòu)預置六個層次，層次劃分原則詳細參考表
1、表2、表3，在渲染對象之前都要對其進行預處理操作。索引技術(shù)，在電力設(shè)備模型渲染時，識別相同相近的實體(如變電站及桿塔內(nèi)部的絕緣子、絕緣棒)，公用其頂點，可以大大降低模型渲染對顯存的要求。
[0023]以下是六個層次的具體內(nèi)容:
第一層:點線層I，對象為超高壓線路(500kV以上)邏輯接線圖；
第二層:點線層II，對象包括高壓線路(IIOkV以上)走向圖、電廠點、電站點；
第三層:點線區(qū)層，對象包括線路走向圖、桿塔點、電廠點、電站點；
第四層:一級模型復雜線層，對象包括簡單桿塔、變電站、電廠模型、不分裂導地線，視窗內(nèi)保持不多于100個簡單模型渲染；
第五層:二級模型復雜線層，對象包括中等復雜模型、分裂導地線，視窗內(nèi)保持不多于15個中等模型渲染；
第六層:三級模型復雜線，對象包括高精細桿塔、變電站、電廠模型、分裂導線，視窗內(nèi)保持不多于5個精細模型渲染。
[0024]具體分塊規(guī)則如下所示:
其中，一級塊(一、二層)規(guī)則如表I所示:
【權(quán)利要求】
1.一種海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法，其特征在于:利用可編程管線技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)和LOD技術(shù)，對電力設(shè)備模型建立模型內(nèi)部的三維空間索引，從而實現(xiàn)電力設(shè)備模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡；其具體步驟如下: 步驟一，對電力設(shè)備模型進行簡化； 步驟二，對電力設(shè)備模型進行分級管理，建立空間索引渲染次數(shù)優(yōu)化、在不同觀測距離和角度繪制詳細程度不同的電力模型； 步驟三，在顯示界面上利用遮擋技術(shù)、視窗裁剪技術(shù)減少渲染引擎的工作量，從而實現(xiàn)電力設(shè)備模型精度、視覺效果和渲染效率的平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法，其特征在于:在所述的步驟一中，對電力設(shè)備模型中相同相近實體的三角面進行頂點抽稀，然后對電力設(shè)備模型表面貼圖進行紋理壓縮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法，其特征在于:在所述的步驟二中，按照一定跨度將三維電力設(shè)備模型對象所在區(qū)域進行劃分，針對劃分后的單個塊采用金字塔技術(shù)和四叉樹結(jié)構(gòu)預置六個層次，具體為: 第一層:點線層I，對象為超高壓線路邏輯接線圖； 第二層:點線層II，對象包括高壓線路走向圖、電廠點、電站點； 第三層:點線區(qū)層，對象包括線路走向圖、桿塔點、電廠點、電站點； 第四層:一級模型復雜線層，對象包括簡單桿塔、變電站、電廠模型、不分裂導地線，視窗內(nèi)保持不多于100個簡單模型渲染； 第五層:二級模型復雜線層，對象包括中等復雜模型、分裂導地線，視窗內(nèi)保持不多于15個中等模型渲染； 第六層:三級模型復雜線，對象包括高精細桿塔、變電站、電廠模型、分裂導線，視窗內(nèi)保持不多于5個精細模型渲染。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法，其特征在于:在渲染對象之前需要對三維電力設(shè)備模型進行預處理操作，每增加一個對象，需要對該對象進行分塊處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海量高精度三維電力設(shè)備模型在GIS中高效渲染方法，其特征在于:在對三維電力設(shè)備模型進行渲染時，所述的三個步驟沒有先后，互相利用。
【文檔編號】G06T15/00GK104008566SQ201310060410
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月27日
【發(fā)明者】付華臣, 吳曉輝, 潘誠, 李文杰 申請人:河南省電力勘測設(shè)計院