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一种基于复合金字塔模型的三维模型数据组织方法

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第４２卷第４期２０１９年４月测绘与空间地理信息ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ.４２ꎬＮｏ.４Ａｐｒ.ꎬ２０１９

收稿日期:２０１８－１０－０８基金项目:国家重点研发计划项目(２０１６ＹＦＣ０８０３１０８)ꎻ北京建筑大学未来城市设计高精尖创新中心重大项目(ＵＤＣ２０１８０３１３２１)资助作者简介:王金地(１９９３－)ꎬ男ꎬ河南郑州人ꎬ测绘工程专业硕士研究生ꎬ主要研究方向为自主知识产权地理信息平台ꎮ通讯作者:霍　亮(１９６８－)ꎬ男ꎬ山西太原人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ２００２年毕业于武汉大学地图制图学与地理信息工程专业ꎬ主要从事地图制图与地理信息工程的科研和教学工作ꎮ

一种基于复合金字塔模型的三维模型数据组织方法王金地１ꎬ霍　亮１ꎬ２ꎬ３ꎬ慕　旭１ꎬ秦高雅１ꎬ曹存相１(１.北京建筑大学测绘与城市空间信息学院ꎬ北京１０２６１６ꎻ２.现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室ꎬ北京１０２６１６ꎻ３.北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心ꎬ北京１０２６１６)

摘要:针对异构三维模型数据的统一组织和集成管理问题ꎬ本文以目前主流金字塔模型、三维场景瓦片的数据组织方法和地图服务规范等相关技术为基础ꎬ提出了一种基于复合金字塔模型的三维模型数据组织方法ꎮ该方法首先构建覆盖测区的地理格网模型ꎬ以此作为异构三维模型数据集成的空间框架ꎮ其次ꎬ建立三维模型数据与地理格网单元的映射关系ꎬ从而构建复合金字塔模型ꎬ实现异构三维模型数据的统一管理ꎮ最后ꎬ在数据结构上对现有数据格式进行扩展ꎬ设计了一种面向网络传输的数据格式储存三维模型数据ꎬ完成异构三维模型数据的一体化存储ꎮ试验结果表明ꎬ该方法能够实现异构三维模型数据统一组织与集成管理ꎮ关键词:地理格网ꎻ复合金字塔模型ꎻ数据组织ꎻ网络传输中图分类号:Ｐ２２５.２ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７２－５８６７(２０１９)０４－００５８－０４

Ａ３ＤＭｏｄｅｌＤａｔａＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＣｏｍｐｏｕｎｄＰｙｒａｍｉｄＭｏｄｅｌ

ＷＡＮＧＪｉｎｄｉ１ꎬＨＵＯＬｉａｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＭＵＸｕ１ꎬＱＩＮＧａｏｙａ１ꎬＣＡＯＣｕｎｘｉａｎｇ１

(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＵｒｂａｎＳｐａｔｉａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０２６１６ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｒｎＵｒｂａｎＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇꎬＮａｔｉｏｎａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇꎬＭａｐｐｉｎｇａｎｄＧｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０２６１６ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＢｅｉｊｉｎｇＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＦｕｔｕｒｅＵｒｂａｎＤｅｓｉｇｎꎬＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０２６１６ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬａｄａｔａｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒ３Ｄｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｏｕｎｄｐｙｒａｍｉｄｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｆｉｒｓｔｌｙꎬｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇａｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｇｒｉｄｍｏｄｅｌｃｏｖｅｒｉｎｇｔｈｅｓｕｒｖｅｙａｒｅａａｓａｓｐａｔｉａｌｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｔｈｅｕｎｉｆｉｅｄｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ３Ｄｍｏｄｅｌｄａｔａ.Ｔｈｅｎꎬａｃｏｍｐｏｕｎｄｐｙｒａｍｉｄｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｂｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｍａｐｐｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ３Ｄｍｏｄｅｌｄａｔａａｎｄｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｇｒｉｄｃｅｌｌｓꎬａｎｄｕｎｉｆｉｅｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ３Ｄｍｏｄｅｌｄａｔａｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬａｄａｔａｆｏｒｍａｔｏｒｉｅｎｔｅｄｔｏｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓｄｅ￣ｓｉｇｎｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｕｎｉｆｉｅｄｓｔｏｒａｇｅｏｆｔｈｅｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ３Ｄｍｏｄｅｌｄａｔａ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｕｒｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅａｌｉｚｅｕｎｉｆｉｅｄｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｄａｔａ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｇｒｉｄꎻｃｏｍｐｏｕｎｄｐｙｒａｍｉｄｍｏｄｅｌꎻｄａｔａｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎꎻｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

０　引　言随着倾斜摄影技术和三维激光扫描技术等空间数据采集技术的发展ꎬ三维模型数据的精度和建模效率越来越高ꎬ数据量也在不断增长ꎮ同时ꎬ由于三维模型数据具有多源、异构等特点ꎬ场景的复杂程度也在不断地提高[１－２]ꎮ在大规模三维场景中ꎬ三维模型数据的高效调度和流畅渲染仍是一个挑战[３－５]ꎮ金字塔模型是三维模型数据可视化的重要技术ꎬ是在保证画面视觉效果的前提下ꎬ不同区域采用不同分辨率的数据来提高绘制速度ꎮ金子塔模型能够提高三维模型数据的渲染效率ꎬ减少完成绘制所需的总时间[６]ꎬ在大

规模三维场景可视化中得到了广泛的应用[７－９]ꎮ空间数

据组织是构建金字塔模型的关键环节ꎬ对瓦片数据的储存方式和检索效率具有重要影响ꎮ空间划分方式决定了数据的组织方式ꎬ较为成功的划分方法有基于规则格网的四叉树或者二叉树法、基于ＴＩＮ的三角构网法等[１０]ꎮ空间数据共享的传统方式是定义某种数据格式标准ꎬ往往涉及数据的转换[１１]ꎮ随着ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ技术的兴起ꎬ空间数据共享逐渐转向到Ｗｅｂ服务标准层次ꎬ这种方法避免了数据格式的转入与转出ꎬ提高了数据共享效率ꎮ目前ꎬ地理空间Ｗｅｂ服务的标准主要有ＯＧＣ的开放式ＧＩＳ服务标准[１２]、ＩＳＯ/ＴＣ２１１的地理信息标准[１３]等ꎮＣｉｔｙＧＭＬ(城市地理标记语言)是主流三维模型数据标准之一ꎬ包含几何、语义、拓扑和外观等信息ꎬ可用于空间数据交换[１４－１５]ꎮ但是ꎬ它定义的要素类型并不能完全适应具体的应用领域[１６]ꎮ对于大范围城市空间中的多源异构三维模型数据ꎬ传统做法是采用不同的金字塔模型分别进行组织管理ꎮ但这种组织方式不利于数据的更新和共享ꎮ因此ꎬ为实现多源异构三维模型数据的集成与高效组织管理ꎬ本文提出了一种基于复合金字塔模型的三维模型数据组织方法ꎮ１　构建复合金字塔模型复合金字塔的模型设计如图１所示ꎮ复合金字塔模型由地理格网和多个不同类型的子金字塔模型构成ꎮ其中ꎬ第一层地理格网管理每个子金字塔模型ꎬ第二层子金字塔模型管理所有三维模型数据ꎮ在同一空间参照下ꎬ金字塔模型分辨率由粗到细ꎬ数据精度由低到高、尺度依次减小ꎮ瓦片数据是复合金字塔模型中的最小单元ꎬ具有唯一标识、空间范围等属性ꎮ金字塔模型与三维模型数据、三维模型数据与瓦片数据均表现为一对多的映射关系ꎮ本文将元数据和瓦片数据分开组织ꎬ两者通过指针关联ꎮ客户端通过解析元数据ꎬ可检索到指定层级和指定空间位置的三维模型数据ꎮ图１　复合金字塔数据模型Ｆｉｇ.１　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｐｙｒａｍｉｄｄａｔａｍｏｄｅｌ１.１　多级地理格网构建地理格网系统借助特定方法将地球表面均匀剖分ꎬ形成无缝无叠的多分辨率格网层次结构[１７]ꎮ倾斜摄影模型、点云、精细模型等三维模型数据大多依据测区进行管理ꎬ若用覆盖全球的经纬度格网组织三维模型数据会造成大量冗余ꎮ因此ꎬ现有基于地理格网的三维模型数据组织方法虽充分考虑了三维模型数据的分布特点ꎬ但往往各成体系ꎬ很难与其他空间数据进行集成ꎮ本文在分析三维模型数据多尺度特点的基础上ꎬ考虑到与现有测绘成果的兼容性ꎬ在我国地理格网标准(ＧＢ/Ｔ１２４０９—２００９地理格网ꎬ以下简称“国标”)[１８]

的基础上进行扩展ꎬ

增加１２个层级:１２.８ｋｍ、６.４ｋｍ、３.２ｋｍ、１.６ｋｍ、８００ｍ、４００ｍ、２００ｍ、５０ｍ、２５ｍ、１２.５ｍ、６.２ｍ、３.１ｍꎬ如图２

所示ꎮ

图２　多尺度地理格网Ｆｉｇ.２　Ｍｕｌｔｉ－ｓｃａｌｅｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｇｒｉｄ

１.２　三维模型数据与地理格网映射构建本文方法面向已经建立细节层次模型(ｌｅｖｅｌｓｏｆｄｅｔａｉｌꎬＬＯＤ)的成果数据ꎮ多级地理格网作为异构三维模

型数据集成的空间框架ꎬ仅对测区进行虚拟划分ꎬ不储存三维模型数据ꎮ根据三维模型瓦片数据的精度和空间范围ꎬ建立地理格网单元与三维模型瓦片数据的关联ꎬ利用一个或多个地理格网单元对三维模型数据进行表达ꎬ将异构三维模型数据规划在基于多尺度地理格网的统一管理中ꎮ１.３　面向网络传输的数据存储结构

ＪＳＯＮ(ＪａｖａＳｃｒｉｐｔＯｂｊｅｃｔＮｏｔａｔｉｏｎ)是一种在网络环境

下轻量级的数据交换格式ꎬ储存结构简单ꎬ能够对地理信息数据进行有效的简化ꎬ提高空间数据的网络传输效率和数据编码、解析性能ꎮ因此ꎬ本文采用ＪＳＯＮ文件来存储元数据ꎮ如图３所示ꎬｂｏｕｎｄａｒｙＢｏｘ属性定义了瓦片外包围体的空间范围ꎬ在对三维场景渲染时通过该属性确定模型所在的地理区域ꎻｄｉｓｐｌａｙＤｉｓｔａｎｃｅ属性控制瓦片数据显隐ꎬ当观察者视角在该属性值范围内时对当前瓦片数据进行渲染ꎻｉｓＰａｒｅｎｔ属性表示该瓦片是否为父瓦片ꎻｕｒｌ属性表示瓦片的地址ꎬ用于储存地理格网与三维模型

数据的关联信息ꎬ客户端通过按需解析元数据可快速获取指定空间范围的三维模型数据ꎻｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ属性定义了瓦片数据的空间参考ꎻｃｈｉｌｄｒｅｎ属性定义了一组层次嵌套的子瓦片对象ꎮｇｌＴＦ(ＧＬＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＦｏｒｍａｔ)是Ｋｈｒｏｎｏｓ组织提出的

一种基于ＪＳＯＮ定义的三维模型数据格式ꎬ在面向ＷｅｂＧＬ

９５第４期王金地等:一种基于复合金字塔模型的三维模型数据组织方法

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金字塔模型策略 python

金字塔模型策略 python

金字塔模型策略python全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：金字塔模型是一种经典的市场营销策略，它可以帮助企业建立和拓展客户群体，实现销售增长。

在金字塔模型中，顶端是最高价值的客户，而底端则是最广泛的客户群体。

通过不同的营销手段和策略，企业可以逐步吸引并转化潜在客户，最终实现销售目标。

在本文中，我们将介绍如何使用Python来实现金字塔模型策略，并为企业带来更多商机和利润。

一、数据收集与分析金字塔模型的关键是了解客户的需求和行为，以便有针对性地进行营销活动。

为了实现这一目标，企业需要收集和分析大量的数据，包括客户的基本资料、购买行为、喜好偏好等信息。

使用Python中的数据分析工具如Pandas、Numpy等，可以帮助企业快速有效地进行数据处理和分析，发现客户的潜在需求和行为规律。

二、客户分类与定位在金字塔模型中，客户分类是非常重要的一环。

企业需要将客户根据其价值和潜在发展性进行分类，以便更好地制定营销策略和方案。

通过Python中的机器学习算法如K-means聚类、决策树等，可以对客户进行有效分类和定位，找到最有利可图的目标客户群体。

三、营销策略制定基于客户分类和定位结果，企业可以制定相应的营销策略，通过不同的渠道和方式吸引和转化潜在客户。

Python的数据可视化工具如Matplotlib、Seaborn等，可以帮助企业直观地展示数据和结果，为营销决策提供参考。

Python中的机器学习和深度学习算法也可以帮助企业实现个性化、精准营销，提高营销效果和ROI。

四、实时监测与调整金字塔模型是一个动态的过程，需要企业不断监测和调整。

通过Python中的数据分析和挖掘技术，企业可以实时监测客户行为和市场变化，及时调整营销策略和方案。

Python也提供了丰富的机器学习和深度学习库，可以帮助企业预测客户需求和行为，为未来的营销工作提供参考和借鉴。

五、总结与展望第二篇示例：金字塔模型是一种常用的策略模型，它的原理是将整体目标分解为一系列具体的行动步骤，从而实现更高效的工作目标和任务分配。

金字塔模型实践教学设计(3篇)

金字塔模型实践教学设计(3篇)

第1篇一、背景金字塔模型是一种经典的系统分析模型，它将一个复杂系统分解为多个层次，每个层次都包含特定的功能和职责。

金字塔模型在软件工程、项目管理、企业管理和教育等领域都有广泛的应用。

为了提高学生对金字塔模型的理解和应用能力，本文将设计一套金字塔模型实践教学方案。

二、教学目标1. 理解金字塔模型的基本概念、原理和层次结构；2. 掌握金字塔模型的应用场景和适用范围；3. 学会运用金字塔模型进行系统分析和设计；4. 提高学生的团队协作能力和实践操作能力。

三、教学内容1. 金字塔模型的基本概念和原理2. 金字塔模型的层次结构3. 金字塔模型的应用场景和适用范围4. 金字塔模型的实践操作方法四、实践教学设计（一）实践教学环节1. 理论教学在实践教学开始之前，首先进行理论教学，让学生了解金字塔模型的基本概念、原理和层次结构。

通过课堂讲解、案例分析、讨论等方式，帮助学生建立对金字塔模型的整体认识。

2. 案例分析选取具有代表性的金字塔模型应用案例，让学生分析案例中金字塔模型的应用过程、方法和效果。

通过案例分析，让学生了解金字塔模型在实际工作中的运用，提高学生的分析能力和解决问题的能力。

3. 小组讨论将学生分成若干小组，每组选择一个实际问题，运用金字塔模型进行分析和设计。

在讨论过程中，要求学生阐述自己的观点，听取其他成员的意见，共同完成金字塔模型的构建。

4. 实践操作以实际项目为背景，让学生进行金字塔模型的实践操作。

在实践操作过程中，要求学生遵循以下步骤：（1）明确项目目标：确定项目要解决的问题，明确项目的最终成果。

（2）分解项目需求：将项目需求分解为多个子需求，为金字塔模型的构建提供依据。

（3）构建金字塔模型：根据项目需求，构建金字塔模型，确定各个层次的功能和职责。

（4）优化金字塔模型：对金字塔模型进行优化，提高模型的实用性和可操作性。

（5）撰写实践报告：总结实践过程中的经验教训，撰写实践报告。

（二）实践教学评价1. 课堂表现：考察学生在课堂上的参与程度、讨论积极性、回答问题的准确性等方面。

三维GIS平台引擎选型报告

三维GIS平台引擎选型报告

三维GIS平台选型报告三维GIS平台作为三维地籍信息系统底层支撑平台，对整个三维地籍项目的建设起着关键性的作用，所以对GIS平台认真进行选型工作非常必要。

一、三维GIS平台选型基本情况1、三维GIS选型分支三维GIS选型主要分为两个分支，第一个分支为国外成熟的GIS平台软件、skyline、GoogleEarth、World Wind、Arcglobe；第二个分支为国内一些较为著名的三维GIS软件：GeoGlobe、CityMaker 、EV-Globe、Uniscopess。

提供“数据-软件-网络-应用”四位一体的三维地理信息服务完整解决方案，具有以下优势。

实现海量三维模型数据的浏览和管理，在全球、城市、街区、室内进行连续、实时和平滑浏览，实现真实感与美感的和谐统一；面向服务的架构，用户可自定义扩展服务，跨网络、跨平台无缝聚合第三方服务；面向网络应用环境，支持数据分布式部署和服务分布式部署，以构建企业级分布式体系结构3D GIS应用。

二、项目的目标和计划按照总体规划、分步实施的思路，从三维地籍信息系统建设需求出发，我们的地籍建设要走“二三维地籍混合管理”的构架，这就决定了我们的三维GIS平台软件要能很好的跟原二维系统平台进行集成同时满足最大化的兼容，同时还要解决原二维系统所无法解决的地籍需求。

1、项目的基本实现目标（1）三维空间数据生产入库模块。

（2）实现二维浏览与二维宗地浏览的无缝衔接。

（3）设计制作三维形式的业务图表。

三、三维GIS平台选型总结（1）三维GIS平台的选型应考虑资源复用，我们的空信平台及其它三维项目均以Skyline为三维平台，平台在内部有良好的使用经验，本项目也可以使用由空信部Skyline发布的三维数据服务，可以尽可能的节省项目开支及加强已有资源的复用。

（2）三维GIS平台作为三维地籍信息系统的底层支撑软件，软件的选型对整个三维地籍系统建设起关键作用，平台软件必须能承载海量数据的处理和浏览效率。

基于OSG的三维地形制作原理与方法 曲超

基于OSG的三维地形制作原理与方法 曲超

基于OSG的三维地形制作原理与方法曲超摘要：本文讨论了基于开源三维引擎OpenSceneGraph（OSG）的三维地形模型制作技术。

借助地形数据库制作工具VirtualPlanetBuilder（VPB）创建了天津市中心城区的地形分页数据库，并利用OSG自带的分页数据调度支持来查看这些数据。

关键词：三维地形；OSG；VPB0 引言近年来，大范围地形可视化的概念随着地理信息系统的出现而逐渐形成。

随后以地形地貌为研究重点的三维可视化技术在实时仿真领域应用广泛，如战场环境仿真、三维游戏、飞机汽车驾驶训练、土地管理与利用、水文气象数据可视化、地理信息系统等。

借助计算机技术，生成具有高度真实感和可量测的地形三维模型，实现三维地形表面的逼真还原，一直是人们研究的热点。

本文基于OSG三维引擎，介绍了利用VPB制作大范围三维地形模型的原理与方法，最后使用OSG自带的场景浏览器osgViewer在场景中进行漫游。

1 OSG和VPB简介OSG 是一款目前非常流行的开源三维引擎，是一个面向对象的三维开发包，包含了极丰富的类库，操作灵活，性能优越，广泛应用于虚拟现实仿真、科学可视化等领域。

它以已经成为工业标准的OpenGL为底层平台，使用可移植的ANSIC++编写而成，实现了对OpenGL进行的完全类封装，建立了一个面向对象的框架。

是编程者可以摆脱底层的繁杂建模，更便于应用程序的开发和管理，可运行于包括Windows、Linux、Mac OSX在内的大部分操作系统。

VPB是一个基于OSG和GDAL的强大的地形数据生成工具，可以读入多种类型的地理影像和高程数据，并构建各种规模的分块分页地形数据库。

VPB与OSG紧密结合，它所生成的瓦片数据可以方便地通过网络进行传输，或者保存在本地进行快速、精确的浏览。

目前已经具备TB级别的数据处理能力，并可以使用分布式文件系统来执行并发的数据处理[1]。

2 基本原理大规模场景绘制时带来的海量数据，远远超过了计算机的实时处理能力，使得数据无法一次性调入内存。