本发明属于图形处理技术领域，具体涉及一种三维实景地图与二维平面地图融合方法、三维实景地图与二维平面地图融合装置及电子设备。
背景技术：
为了在二维平面地图叠加三维地图信息，需要事先测绘地图元素几何信息(包括gps信息，海拔信息，建筑山脉等元素的区域大小信息等等)，然后再根据获取的测绘信息用三维重构体绘制等算法构成三维地图数据。
现有技术中针对叠加到二维平面的图上的三维地图信息方案，需分为如下几个步骤：(1)对地图元素(主要针对建筑和山脉地形等)几何数据的采集，比如gps信息，海拔信息，区域大小等信息；(2)为了对几何模型进行细节补充需要在模型上叠加纹理信息，由于卫星图是高点摄像成像，对建筑不同方向下的细节拍摄不足，需要额外针对建筑模型进行细节补充，采集建筑对个视图图像作为建筑纹理数据；(3)以山脉等高线信息和建筑的几何测绘信息为基准，利用三维构面的算法简单的还原建筑群的大致轮廓和山脉起伏的三角面片模型，然后用纹理映射技术来补充建筑和山脉等地形的纹理细节；(4)将建筑模型数据和山脉地形模型数据从wgs-84坐标系转换到平面地图的球面坐标系，融合到平面地图中(如图1展示的效果)。
现有技术的缺点包括：(1)由于是建筑测绘数据的简单采集，所以建筑模型的细节不完善，与二维平面地图对应建筑物融合有肉眼可见的明显差异(如图2展示的效果)，3d建筑物与平面地图之间不融洽；(2)区域三维建筑群数据不完善，只是零星的少许标志性建筑，缺乏区域信息完整性。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种三维实景地图与二维平面地图融合方法，该三维实景地图与二维平面地图融合方法能够增加地图区域三维模型的细节信息，将三维模型叠加至二维平面地图上。
本发明还提出一种三维实景地图与二维平面地图融合装置能够有效将三维模型叠加至二维平面地图上，减小三维模型与二维平面地图对应建筑物融合时的差异。
根据本发明第一方面实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法，包括以下步骤：s1,获取真实区域的地物的数据；s2,根据所述真实区域的地物数据建立第一坐标系的三维模型；s3,获取所述第一坐标系的瓦片数据对应的二维平面地图；s4,根据所述第一坐标系将所述三维模型叠加至所述二维平面地图上。
根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法，对真实区域的地物进行数据采集，建立第一坐标系的三维模型，并获取第一坐标系的瓦片数据的二维平面地图，然后根据第一坐标系将三维模型叠加到二维平面地图上，减小了三维模型与二维平面地图对应建筑物融合时产生的差异。
根据本发明一个实施例，所述的获取真实区域的地物的数据，是通过倾斜摄影技术进行数据采集。
根据本发明一个实施例，所述二维平面地图按照预设的尺寸和格式，并按预设的缩放级别或者比例尺存储为瓦片地图数据。
根据本发明一个实施例，所述三维模型为基于gauss坐标系的场景瓦片三维模型。
根据本发明一个实施例，所述步骤s3包括：将所述瓦片数据以四叉树的形式建立多分辨层次的模型，从上往下瓦片分辨率越来越高。
根据本发明一个实施例，每一级瓦片的数量由四叉树公式推导，并将瓦片数据存储为瓦片划分坐标系下。
根据本发明一个实施例，所述步骤s3还包括：将所述瓦片数据由瓦片划分坐标系通过墨卡托反投影算法转化为wgs-84坐标系下，再从wgs-84坐标系转化为标准极坐标；根据观察视点和单位球的距离来加载不同的瓦片层级数据，不在观察视点可视范围内的瓦片数据不加载。
根据本发明一个实施例，所述步骤s4，将获取的基于gauss坐标系的所述场景瓦片三维模型的三维瓦片场景数据转化为wgs-84坐标系,再从wgs-84坐标系转化为标准极坐标。
根据本发明第二方面实施例的三维实景地图与二维平面地图融合装置，包括：地物数据获取模块，所述地物数据获取模块能够获取真实区域的地物的数据；三维模型建立模块，所述三维模型建立模块能够根据所述真实区域的地物数据建立第一坐标系的三维模型；二维平面地图获取模块，所述二维平面地图获取模块能够获取所述第一坐标系的瓦片数据对应的二维平面地图；叠加模块，所述叠加模块根据所述第一坐标系将所述三维模型叠加至所述二维平面地图上。
根据本发明第三方面实施例的电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令；所述处理器用于调用并执行所述一条或多条计算机指令，从而实现如上述任一实施例所述的方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术中的谷歌地图三维地图展示效果示意图；
图2是现有技术中的谷歌地图三维地图中的3d建筑物与平面地图的融合效果示意图；
图3是根据本发明一实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法的流程图；
图4是根据本发明又一实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的基于gauss坐标系的场景瓦片三维模型的示意图；
图6是根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的标准的瓦片地图数据的示意图；
图7是根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的多分辨率层次的模型的示意图；
图8是根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的四叉树公式推导瓦片数量的示意图；
图9是根据本发明一实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的观察视点下瓦片加载效果示意图；
图10是根据本发明一实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的该观察视点和单位圆距离关系和瓦片加载情况示意图；
图11是根据本发明又一实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的观察视点下瓦片加载效果示意图；
图12是根据本发明又一实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的该观察视点和单位圆距离关系和瓦片加载情况示意图；
图13是根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的球面上平面地图区域的示意图；
图14是根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的叠加三维实景地图的效果示意图；
图15是根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法中的同视角下地物信息的示意图；
图16是现有技术中的二维平面地图的同视角下地物信息的示意图；
图17是根据本发明一实施例的三维实景地图与二维平面地图融合装置的示意图；
图18是根据本发明实施例的电子设备的示意图。
附图标记：
三维实景地图与二维平面地图融合方法100；
三维实景地图与二维平面地图融合装置200；
地物数据获取模块210；三维模型建立模块220；二维平面地图获取模块230；叠加模块240；
电子设备300；
存储器310；操作系统311；应用程序312；
处理器320；网络接口330；输入设备340；硬盘350；显示设备360。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图具体描述根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法100。
如图3和图4所示，根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法100，包括以下步骤：s1,获取真实区域的地物的数据；s2,根据所述真实区域的地物数据建立第一坐标系的三维模型；s3,获取所述第一坐标系的瓦片数据对应的二维平面地图；s4,根据所述第一坐标系将所述三维模型叠加至所述二维平面地图上。
换言之，根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法100，包括以下步骤：对真实区域的地物进行数据采集，建立第一坐标系的三维模型，需要说明的是，该步骤不一定是第一个步骤，可以先建立需要的三维模型备用，也可以在后续步骤中需要使用前进行建立；将二维平面地图存储为标准的瓦片地图数据；在得到瓦片地图数据后，获取第一坐标系的瓦片数据的二维平面地图；随后，根据第一坐标系，将得到的三维模型叠加到二维平面地图上。
由此，根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法100，能够将三维模型叠加到二维平面地图上，并且提高了区域信息完整性，增加了地图区域三维模型的细节信息，减小了三维模型与二维平面地图对应建筑物融合时产生的差异。
根据本发明的一个实施例，获取真实区域的地物的数据，是通过倾斜摄影技术进行数据采集，倾斜摄影技术能够真实反应地物情况，可以嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息，使用倾斜摄影技术能够以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，对真实区域的地物进行数据采集。
如图6所示，在本发明的一些具体实施方式中，二维平面地图按照预设的尺寸和格式，并按预设的缩放级别或者比例尺存储为瓦片地图数据，也就是说，将二维平面地图按照一定的尺寸和格式，按缩放级别或者比例尺，存储为标准的瓦片地图数据。
根据本发明的一个实施例，三维模型为基于gauss坐标系的场景瓦片三维模型，如图5所示。
优选地，步骤s3包括：将瓦片地图数据以四叉树的形式建立多分辨层次的模型，从上往下瓦片分辨率越来越高，其中多层次四叉树模型如图7所示。
如图8所示，进一步地，每一级瓦片的数量由四叉树公式推导，并将瓦片数据存储为瓦片划分坐标系下，其中，图8中每一级的瓦片数量：math.pow(math.pow(2,n),2),式中n表示当前地图级数。
如图9至图12所示，可选地，步骤s3还包括：将瓦片数据由瓦片划分坐标系通过墨卡托反投影算法转化为wgs-84坐标系下，再从wgs-84坐标系转化为标准极坐标；根据观察视点和单位球的距离来加载不同的瓦片层级数据，不在观察视点可视范围内的瓦片数据不加载。
如图13和图14所示，在本发明的一些具体实施方式中，步骤s4中，将获取的基于gauss坐标系的场景瓦片三维模型的三维瓦片场景数据转化为wgs-84坐标系,再从wgs-84坐标系转化为标准极坐标,便可将三维实景区域地图十分精准的叠加到二维平面地图之上。
总而言之，根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合方法100，能够将由倾斜摄影获取的真实反应地物情况的高精度三维实景模型叠加到二维平面地图上，相比使用简陋模型和简单的地形等高线建立的三维模型，使用倾斜摄影获取的真实空间区域地物信息更全面，更精细，如图15和图16所示，提供比二维平面地图只有俯视效果的卫星图信息更多的多视图的空间信息。
如图17所示，根据本发明实施例的三维实景地图与二维平面地图融合装置200包括地物数据获取模块210、三维模型建立模块220、二维平面地图获取模块230和叠加模块240，地物数据获取模块210能够获取真实区域的地物的数据，三维模型建立模块220能够根据真实区域的地物数据建立第一坐标系的三维模型，二维平面地图获取模块230能够获取第一坐标系的瓦片数据对应的二维平面地图，叠加模块240能够根据所述第一坐标系将三维模型叠加至二维平面地图上。
根据本发明的一个实施例，地物数据获取模块210通过倾斜摄影技术进行数据采集，获取真实区域的地物的数据。
可选地，三维模型为基于gauss坐标系的场景瓦片三维模型。
在本发明的一些具体实施方式中，所述二维平面地图按照预设的尺寸和格式，并按预设的缩放级别或者比例尺存储为所述瓦片地图数据。
根据本发明的一个实施例，二维平面地图获取模块230包括多分辨层次模型建立模块，能够将所述瓦片地图数据以四叉树的形式建立多分辨层次的模型，从上往下瓦片分辨率越来越高。
优选地，每一级瓦片的数量由四叉树公式推导，并将瓦片数据存储为瓦片划分坐标系下。
根据本发明的一个实施例，二维平面地图获取模块230还包括标准极坐标转化模型和瓦片层级数据加载模块，标准极坐标转化模型将瓦片数据由瓦片划分坐标系通过墨卡托反投影算法转化为wgs-84坐标系下，再从wgs-84坐标系转化为标准极坐标，瓦片层级数据加载模块根据观察视点和单位球的距离做判断，加载不同的瓦片层级数据，不在观察视点可视范围内的瓦片数据不加载。
在本发明的一些具体实施方式中，叠加模块240能够将获取的基于gauss坐标系的所述场景瓦片三维模型的三维瓦片场景数据转化为wgs-84坐标系,再从wgs-84坐标系转化为标准极坐标。
此外，本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质包括一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令在执行时实现上述任一所述的三维实景地图与二维平面地图融合方法100。
也就是说，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，使得所述处理器执行上述任一所述的三维实景地图与二维平面地图融合方法100。
如图18所示，本发明实施例提供了一种电子设备300，包括存储器310和处理器320，所述存储器310用于存储一条或多条计算机指令，所述处理器320用于调用并执行所述一条或多条计算机指令，从而实现上述任一所述的方法100。
也就是说，电子设备300包括：处理器320和存储器310，在所述存储器310中存储有计算机程序指令，其中，在所述计算机程序指令被所述处理器运行时，使得所述处理器320执行上述任一所述的方法100。
进一步地，如图18所示，电子设备300还包括网络接口330、输入设备340、硬盘350、和显示设备360。
上述各个接口和设备之间可以通过总线架构互连。总线架构可以是可以包括任意数量的互联的总线和桥。具体由处理器320代表的一个或者多个中央处理器(cpu)，以及由存储器310代表的一个或者多个存储器的各种电路连接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路连接在一起。可以理解，总线架构用于实现这些组件之间的连接通信。总线架构除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线，这些都是本领域所公知的，因此本文不再对其进行详细描述。
所述网络接口330，可以连接至网络(如因特网、局域网等)，从网络中获取相关数据，并可以保存在硬盘350中。
所述输入设备340，可以接收操作人员输入的各种指令，并发送给处理器320以供执行。所述输入设备340可以包括键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球()、触感板或者触摸屏等。
所述显示设备360，可以将处理器320执行指令获得的结果进行显示。
所述存储器310，用于存储操作系统运行所必须的程序和数据，以及处理器320计算过程中的中间结果等数据。
可以理解，本发明实施例中的存储器310可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器()或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(ram)，其用作外部高速缓存。本文描述的装置和方法的存储器310旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在一些实施方式中，存储器310存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统311和应用程序312。
其中，操作系统311，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序312，包含各种应用程序，例如浏览器()等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序312中。
本发明上述实施例揭示的方法可以应用于处理器320中，或者由处理器320实现。处理器320可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器320中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器320可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器310，处理器320读取存储器310中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑设备(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
具体地，处理器320还用于读取所述计算机程序，执行上述任一所述的方法100。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述收发方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-，简称rom)、随机存取存储器(，简称ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
技术总结
本发明公开了一种三维实景地图与二维平面地图融合方法、装置及电子设备，融合方法包括以下步骤：S1,获取真实区域的地物的数据；S2,根据所述真实区域的地物数据建立第一坐标系的三维模型；S3,获取所述第一坐标系的瓦片数据对应的二维平面地图；S4,根据所述第一坐标系将所述三维模型叠加至所述二维平面地图上。该三维实景地图与二维平面地图融合方法能够增加地图区域三维模型的细节信息，同时将倾斜摄像技术建造的三维实景地图嵌入至二维平面地图中。
技术研发人员：郭建伟;吴智敏;胡颖;张永涛;李江明;俞翔;黄仝宇;汪刚;宋一兵;侯玉清;刘双广
受保护的技术使用者：高新兴科技集团股份有限公司
技术研发日：2019.07.22
技术公布日：2019.11.05
