基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109087389A(43)申请公布日2018.12.25(21)申请号201810843745.2(22)申请日2018.07.27(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人汪宙峰(74)专利代理机构北京天奇智新知识产权代理有限公司11340代理人杨春(51)Int.Cl.G06T17/00(2006.01)G06T1/20(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法(57)摘要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。CN109087389ACN109087389A权利要求书1/1页1.一种基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法，其特征在于：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；S3、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；S4、附属设施生成：根据管线属性的特征点数据，生成管线附属设施，并从全要素组件库中批量匹配相应的附属设施样式；S5、模型渲染：调用GPU像素着色器，根据管线材质、管线类型对管片元数据、管线附属设施进行管线表面文理映射，生成帧缓存。2.根据权利要求1所述的基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法，其特征在于：上述步骤S2具体包括以下步骤：A1、通过CPU向GPU传输管线中心顶点数据，包括管线中心的起点坐标、终点坐标和管径；A2、调用GPU顶点着色器，实现顶点坐标数据变换，获得变换后的管线顶点数据，通过坐标数据变换，将管线顶点坐标由局部坐标系变换至世界坐标系中；A3、调用GPU几何着色器，批量的进行管线顶点坐标计算，实现管线顶点数据自动生成，进行管线三角网络构建，生成管线几何图形数据；A4、对管线几何图形数据进行光栅化，生成管线片元数据。2CN109087389A说明书1/5页基于GPU编程的地下管线自动精细建模方法技术领域[0001]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[0002]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。[0003]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(OpenGraphicsLibrary，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。[0004]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。[0005]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。[0006]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:[0007](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；[0008](2)对于多连通管线节点的处理，很多研究