Journal of Computer Applications
计算机应用,2019, 39( 1): 82 - 86
ISSN 1001-9081
CODEN JYIIDU
2019-01-10
http: //www. joca. cn
文章编号:1001-9081 (2019)01-0082-05 D O I :10.11772/j. issn. 1001-9081.2018071646
基于八叉树的三维室内地图数据快速检索方法
吕宏武S 付俊强”,王慧强\李冰洋\袁泉2,陈诗军2,陈大伟2
( 1 . 哈尔滨工程大学计算机与科学技术学院,哈 尔 滨 1 5 0 0 0 1 ; 2 . 中兴通讯股份有限公司,广 东 深 圳 5 1 8 0 5 5 )
( * 通信作者电子邮箱 h e u _ f u j u n q i a n g @ h r b e u . e d u . c n )
摘要:针对室内三维地图中数据检索效率不高的问题,提出了 一种基于八叉树的室内三维地图数据检索方法。
首先,根据八叉树的场景分割方法对数据进行存储;然 后,对数据进行编码以方便寻址;其 次 ,为数据添加房间隔断约
束条件对检索数据进行筛选;最后,对室内地图数据进行检索。与不具有约束条件的搜索方法相比,搜索代价平均降
低了 2 5 个百分点,且搜索时间更加稳定。所提方法可以显著地提高室内三维地图数据的应用效率。
关键 词 :三维室内地图;地图数据;八叉树;邻居搜索;封闭性约束
中图分类号:T P 391 文献标志码:A
Fast retrieval method of three-dimensional indoor map data based on octree
LYU Hongwu1, FU Junqiang1 , WANG Huiqiang1, LI Bingyang1, YUAN Quan2, CHEN Shijun2, CHEN Dawei2
( 1 .
College of Computer Science and Technology, Harbin Engineering University, Harbin Heilongjiang
1 5 0 0 0 1 ,
China;
2.
Zhongxing Telecommunication Equipment Corporation, Shenzhen Guangdong
5 1 8 0 5 5 ,
China)
Abstract: T o solve the l o w efficiency p r o b l e m of data retrieval in indo o r thre e - dimen sion al (3D ) m a p s , a n indoor 3D
m a p data retrieval m e t h o d b a s e d o n octree w a s p r o p o s e d . Firstly, the data w a s stored ac c o r d i n g to the octree segmentation
m e t h o d . Se c o n d l y , the da ta w a s e n c o d e d to facilitate address i n g. Thirdly, the se arc h data w a s filtered b y ad d i n g a r o o m
interval constraint to the data . Finally, the indoor m a p data w a s retrieved. C o m p a r e d w ith the sea rch m e t h o d without
constraints, the sear c h cost of the pr o p o se d m e t h o d w a s r e d u c e d b y 25 percentage points o n av erage , a n d the search time w a s
m o r e stable. Therefore, the pro p o s e d m e t h o d c a n significantly i m p r o v e the application efficiency of indo o r 3D m a p data .
Key words: 3D indoor m a p ; m a p data; octree; n e ighb o r search; c l o sedne ss constraint
〇 引言
现如 今 ,人们日常生活中的很多方面都需要地图的支持,
这些地图的形式有纸质地图、电子地图以及三维地图等,无论
是哪种形 式的地图,其 使 用 效 率 一 直 是 用 户 所 关 心 的问 题 。
地图数据的检索在地图数据更新、定 位 、导航呈现、动态路径
规划与网元布局等地图技术基础领域具有不可或缺的作用。
张永玉等[1]指出传统的数据搜索方法,只是将数据进行简单
的存储,并没有使用任何数据结构,这样造成的结果就是无论
在搜索时间上还是搜索稳定性上都不是很理想,而室内环境
具有数据多变、物 体繁多且体积 较小的特点,在 此 环 境 下 ,传
统搜索方法的缺点无疑被再一次放大,因 此,如何对三维室内
地图数据进行快速的检索是一个十分有价值的研究课题。
在室外环境下,为了提高地图数据的检索效率,常常采用
图幅分幅的方式,其将地图想象成一个俯视图平面,然后对此
平面进行网格划分,但对于三维室内地图来说,分幅方法无法
解决以下两个问题:一是室内数据过于密集且分布不均,使用
分幅方法不容易规定分幅比例,且会出现全部数据挤在一个
图幅中而其他图幅空闲这种极端情况;二是分幅方式无法体
现三维地图的多楼层问题,而对每一个楼层都进行一次分幅
又显得过于繁琐,因此室外地图的分幅方法在室内环境下的
表现并不是很好。
由于以上原因,本文提出了一种新的检索方法,其采用由
M e a g h er[2_3]提出的在 三维模型处理中常常被使用到的八叉
树的概念,对三维室内场景进行规则的划分,并利用八叉树的
规则划分特点,采用邻居搜索的方法提高数据的检索效率;同
时由于室内环境隔断较多,各个房间相互封闭的特点,本文对
A i z a w a 等 [4]所提出的方法进行改进,使其在搜索代价上有所
改进 。本文所提出的方法,与传统的方法相比具有时间效率
和检索稳定性方面的优势,同时也对八叉树邻居检索的效率
进行了提高。
1 地图场景划分
八 叉 树 作 为 一 种 空 间 数 据 结 构 ,由^^站1«^[2_3]在 1982
年首次提出,是二维空间中的四叉树结构在三维立体空间中
的扩展,其作用主要是对三维环境与物体进行存储。V 。等[5]
收稿日期: 2 0 1 8 - 0 7 - 1 9 ; 修回日 期 : 2 0 1 8 - 0 8 - 2 8 ; 录用 日 期 : 2 0 1 8 - 0 8 - 3 0 。 基 金 项目:国家科技重大专项(2 0 1 6 Z X 0 3 0 0 1 0 2 3 - 0 0 5 ) ;中央高校
基本科研业务费专项(H E U C I 1 0 0 6 0 1 ) ; 中兴产学研合作项目(2 0 1 6 Z T E 0 1 - 0 3 - 0 6 ) ; 中兴通讯产学研合作论坛项目(2 0 1 8 Z T E )。
作者简介:吕宏武(1 9 8 3 — ),男 ,山东日照人,讲 师 ,博士 ,C C F 会员 ,主要研究方向: 可 用性、性能评价 、云 计 算 ; 付 俊 强 (1 9 9 4 一 ),男 ,辽宁
沈阳人 ,硕士研究生,主要研究方向:分布式与并行计算、体系结构; 王慧强(I 9 6 0 — ),男 ,黑龙 江哈尔滨 人,教授 ,博 士 ,C C F 会 员 ,主要研究方
向:网络安全、未来网络; 李冰洋(1 9 7 8 — ),男 ,黑龙江哈尔滨人, 副教授,博 士 ,主要研究方向:可信计 算、网络可靠性; 袁泉 (1 9 6 2 — ),男 ,江
西赣州人,高 级工程师,博士 ,主 要研究方向:工 业 自 动 化; 陈 诗 军 (1 9 7 2 — ),男 ,山 东 烟 台 人 ,高 级 工 程 师 ,硕 士 ,主 要 研 究 方 向 :无 线 定 位 、
M I M 0 、信 道 仿 真 ; 陈 大 伟 (1 9 8 4 — ),男 ,黑 龙 江 绥 化 人 ,高 级 工 程 师 ,硕 士 ,主 要 研 究 方 向 :无 线 铁 路 集 群 、铁 路 综 合 数 字 移 动 通 信 系 统
( G S M - R ) 、铁路通用移动通信技术的长期演进( L T E - R )。