本发明涉及保持细节特征的输电铁塔模型简化方法、装置和设备，属于输电线路。
背景技术：
1、电力系统的安全运行是当前社会经济发展建设的重要保证，输电线路作为电力系统中的重要组成部分，其是否能够安全稳定的运行将直接影响社会建设与发展，为了更好的对输电线路进行维护管理，目前电网公司正在努力提升输电网络数字化进程，加速建设输电线路数字化安全监测平台，输电线路三维可视化可以从多维度、全视角对输电线路安全信息进行呈现，是输电线路数字化安全监测平台的重要一环。然而，由于电网维护管理的输电线路数量十分庞大，超高的输电铁塔网格模型数据量不仅会造成计算机渲染困难，还会对模型的数据存储与输电线路数字化安全监测平台的稳定流畅运行带来巨大挑战。因此，如何高质量的简化处理输电铁塔网格模型，减少模型的数据占用量，同时尽可能的保留输电铁塔网格模型的细节特征，提升输电线路数字化安全监测平台运行的流程性与稳定性具备重要意义。
2、针对上述问题，研究学者们提出了众多三维网格模型简化处理方法，但是目前现有算法均难以有效处理输电铁塔这种包含大量细节特征的高复杂度结构体，会造成严重的特征缺损问题，极大程度的降低模型视觉质量。专利cn117593485a公开了一种基于豪斯多夫距离感知的三维模型简化方法及系统，该方法利用豪斯多夫距离作为三维网格模型的简化代价，然后利用三角网格折叠算法对模型的网格进行简化处理。专利cn113379924a公开了一种三维模型简化方法、装置及存储介质，该方法通过对模型进行区域分割，并且识别各分块区域的分割边界，并对分割边界进行顶点简化，然后将简化后的边界顶点进行三角面剖分，从而获得简化后的网格模型。上述两个专利虽然能够有效降低三维模型网格数量，达到简化目的，但是无法有效保留模型的细节特征，模型简化后的视觉呈现效果较差。
3、朱天晓等人提出了一种特征保持的区域分级网格简化算法（朱天晓,闫丰亭,史志才.特征保持的区域分级网格简化算法[j].图学学报,2023,44(03):570-578），该方法将三维网格模型进行聚类分割，然后针对各分割区域设置不同的简化率，从而实现保持特征的区域分割模型简化处理，该方法针对复杂度较低的三维网格模型简化效果优秀，但是难以对复杂度极高的输电铁塔三维网格模型进行聚类分割处理，无法有效保留模型细节特征。李大军等人（李大军,苟国华,吴天辰等.结构信息约束的三角网格模型简化方法[j].测绘科学,2021,46(08):88-95）提出了结构信息约束的三角网格模型简化方法，该方法通过考虑三角网格折叠前后法向量和形状变化情况作为模型的简化代价，虽然可以较好的保持模型边界完整性和网格形状，但是对于结构复杂的输电铁塔模型难以保持其细节特征。
4、现有的三维网格模型简化方法虽然在简化过程中可以有效减少模型三角网格数量，降低模型数据占用量，并且在一定程度上保留网格模型的细节特征，但是如果处理的网格模型过于复杂，包含的特征部分太多，则难以有效保留模型的细节特征。尤其是针对输电铁塔这种十分复杂的空间桁架结构体，其网格模型中的角钢连接区域和角钢交叉区域包含大量的细节特征，现有三维网格模型简化方法简化处理后会造成输电铁塔网格模型出现严重的特征缺损，大大降低模型的视觉呈现质量。
技术实现思路
1、针对上述情况，本发明提供了保持细节特征的输电铁塔模型简化方法、装置和设备，在降低输电铁塔网格模型数据占用量的同时，尽可能保留输电铁塔网格模型的细节特征，避免输电铁塔网格模型简化后出现大范围特征缺损问题，实现输电铁塔网格模型的高质量简化。
2、本发明技术方案如下：
3、一种保持细节特征的输电铁塔网格模型简化方法，包括以下步骤：
4、步骤一：获取输电铁塔网格模型的几何信息和拓扑连接信息；
5、步骤二：定义角钢连接与交叉部分为输电铁塔网格模型的细节特征，利用输电铁塔模型细节特征提取方法将模型中的细节特征提取出来；
6、步骤三：计算出输电铁塔网格模型中各顶点的二次误差值、顶点特征突出因子和顶点曲率因子；
7、步骤四：以计算出的二次误差值为基础，结合顶点特征突出因子和顶点曲率因子共同组成输电铁塔网格模型中各条边的收缩成本；
8、步骤五：选取模型中收缩成本最小的一条边进行简化，同时重新计算受到简化影响的边的收缩成本，完成一次简化操作；
9、步骤六：重复执行简化操作，直至输电铁塔网格模型的三角网格数量达到了期望值。
10、优选地，所述步骤二中，输电铁塔网格模型细节特征提取方法具体如下（a）-（e）所示：
11、（a）设定提取边界值k，k值定义为输电铁塔网格模型中最短角钢上两个顶点集合之间的最小欧式距离；
12、（b）进行欧式距离搜寻初始化，对于输电铁塔网格模型中的任意顶点 v，计算顶点 v到模型中其它所有顶点之间的欧式距离，同时将计算出的欧式距离存储到顶点 v的信息存储容器中；
13、（c）从0开始，以 d=0.01m为搜寻增量，在顶点 v的信息储存容器中进行搜寻，每次搜寻时将满足公式（1）的顶点 vi作为 v的细节特征相邻点，直至增加一次搜寻增量后没有搜寻到满足公式（1）的顶点，然后将顶点 v及其细节特征相邻点共同组成一个相邻顶点集合 f，
14、（1），
15、式中： n表示已经搜寻过的次数；表示顶点 v到顶点 vi的欧式距离； d表示搜寻增量；k表示提取边界值；
16、（d）判断相邻顶点集合 f是否满足公式（2），如果满足则表示 f中包含的所有顶点均属于细节特征顶点，如果不满足公式（2）则表示 f中所有顶点都不是细节特征顶点，
17、（2），
18、式中：表示集合 f的基数；表示细节特征顶点判断阈值，根据模型的实际情况进行调整，在输电铁塔网格模型完成相邻顶点集合分类后，统计相邻顶点集合基数分布情况，找到细节特征区域和非细节特征区域的集合基数分界点作为的取值；
19、（e）循环执行步骤（b）-（d）直到输电铁塔网格模型中所有顶点均完成细节特征顶点判断操作，最终完成输电铁塔网格模型的细节特征提取工作。
20、优选地，所述步骤三中， 三维空间中存在任意一顶点，其二次误差值为顶点到所有包含的三角网格的距离平方之和，具体计算公式如下所示：
21、（3），
22、式中：表示所有包含顶点的三角网格的集合；是三维空间中方程为的平面系数矩阵；表示的二次误差计算矩阵；
23、进一步优选地，所述步骤三中，顶点不属于细节特征区域，表示该顶点不是需要重要保留的顶点，顶点的顶点特征突出因子设为，；
24、顶点属于细节特征区域，该类顶点的顶点特征突出因子计算公式如下所示：
25、（4），
26、式中：表示顶点所处的相邻顶点集合的基数；表示模型中所有相邻顶点集合基数的最大值；
27、进一步优选地，所述步骤三中，顶点的顶点曲率因子计算公式如下：
28、（5），
29、式中：为顶点一阶领域内的相邻顶点集合；表示顶点法向量与顶点法向量之间的夹角；表示顶点与顶点之间的欧式距离；表示顶点一阶领域内的相邻顶点集合的基数。
30、优选地，所述步骤四中，收缩成本如下所示：
31、（6），
32、式中：和分别表示顶点和的顶点曲率因子；和分别表示顶点和的顶点特征突出因子。
33、进一步优选地，所述步骤四中，和分别表示顶点和的二次误差计算矩阵；表示边收缩后新生成的顶点，其计算公式如公式（7）所示：
34、（7），
35、式中：~表示的二次误差计算矩阵中的元素。
36、优选地，所述步骤五中，假设为收缩成本最小的待简化边，完成边的收缩后，网格模型原有的三角面和会消失，模型整体将减少两个三角网格，从而降低模型占用的数据量。完成边简化操作后，重新计算受到简化影响的边、、、、和的收缩成本；
37、表示由顶点和顶点组成的边；表示由顶点、顶点和顶点共同组成的三角面；表示由顶点、顶点和顶点共同组成的三角面；表示由顶点和顶点组成的边；表示由顶点和顶点组成的边；表示由顶点和顶点组成的边；表示由顶点和顶点组成的边；表示由顶点和顶点组成的边；表示由顶点和顶点组成的边。
38、优选地，所述步骤六中，直至输电铁塔网格模型的三角网格数量满足公式（8）后终止简化迭代，
39、（8），式中：表示输电铁塔网格模型的三角网格数量；表示输电铁塔网格模型的三角网格目标值。
40、一种保持细节特征的输电铁塔网格模型简化装置，所述装置包括：
41、输电铁塔网格模型获取模块，用于获取输电铁塔网格模型的几何信息和拓扑连接信息；
42、细节特征处理模块，用于定义角钢连接与交叉部分为输电铁塔网格模型的细节特征，利用输电铁塔模型细节特征提取方法得到模型中的细节特征；
43、顶点特征处理模块，用于计算出输电铁塔网格模型中各顶点的二次误差值、顶点特征突出因子和顶点曲率因子；
44、收缩成本处理模块，用于以计算出的二次误差值为基础，结合顶点特征突出因子和顶点曲率因子共同组成输电铁塔网格模型中各条边的收缩成本；
45、简化操作模块，用于选取模型中收缩成本最小的一条边进行简化，同时重新计算受到简化影响的边的收缩成本，完成一次简化操作；
46、输电铁塔三维模型处理模块，用于重复执行简化操作，直至输电铁塔网格模型的三角网格数量达到了期望值。
47、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法的步骤。
48、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的方法的步骤。
49、一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
50、本发明具有以下有益效果：
51、（1）本发明首先读取输电铁塔网格模型几何信息和拓扑连接信息，同时利用输电铁塔模型细节特征提取方法将模型中的角钢连接与交叉部分提取出来；然后，计算出模型中的顶点特征突出因子和顶点曲率因子；接着，以二次误差为基础，结合顶点特征突出因子和顶点曲率因子作为模型中各条边的收缩成本。其中顶点曲率因子可以衡量顶点周围区域尖锐程度，尽可能保留模型的几何特征；顶点特征突出因子可以衡量不同细节特征对于输电铁塔网格模型的视觉呈现质量的影响，避免简化后的模型出现大范围细节特征缺损现象。每次简化操作时选取收缩成本最小的边进行简化，从而达到减少输电铁塔网格模型中三角网格的目的，最终完成输电铁塔网格模型的简化操作。
52、（2）本发明相较于现有算法，在保留更多模型细节特征与几何特征的情况下，减少了输电铁塔网格模型的三角网格数量，有效降低了模型的数据占用量，实现了输电铁塔网格模型的高质量简化。具体地，当输电铁塔网格模型简化率为70%时，使用qem算法简化的模型出现了大范围的细节特征缺损和几何特征丢失的现象，模型整体视觉效果表现极差。而本发明方法则依然很好的保留了模型的细节特征与几何特征，避免了输电铁塔网格模型简化后出现大范围特征缺损问题，实现了输电铁塔网格模型的高质量简化，具体见图1。
53、（3）本发明通过输电铁塔网格模型细节特征提取方法对模型进行细节特征提取，同时配合顶点特征突出因子可以有效保留输电铁塔网格模型的细节特征，避免简化后的模型出现大范围的特征缺损现象，较好的保持了模型的视觉呈现效果。定义顶点特征突出因子来衡量不同细节特征对于输电铁塔网格模型的视觉呈现质量的影响。顶点特征突出因子越趋近于0表示该顶点所处的细节特征区域越重要，在简化过程中越应该重点保留，从而避免模型出现大范围细节特征缺损情况。
54、（4）本发明引入顶点曲率因子衡量顶点周围区域尖锐程度，可以有效保留模型中的塔头或模型折痕等尖锐区域包含重要的几何特征。
1.一种保持细节特征的输电铁塔网格模型简化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1中所述保持细节特征的输电铁塔网格模型简化方法，其特征在于，所述步骤二中，输电铁塔网格模型细节特征提取方法具体如下（a）-（e）所示：
3.根据权利要求1中所述保持细节特征的输电铁塔网格模型简化方法，其特征在于，所述步骤三中， 三维空间中存在任意一顶点，其二次误差值为顶点到所有包含的三角网格的距离平方之和，具体计算公式如下所示：
4.根据权利要求1中所述保持细节特征的输电铁塔网格模型简化方法，其特征在于，所述步骤四中，收缩成本如下所示：
5.根据权利要求1中所述保持细节特征的输电铁塔网格模型简化方法，其特征在于，所述步骤五中，设为收缩成本最小的待简化边，完成边的收缩后，网格模型原有的三角面和会消失，模型整体将减少两个三角网格，从而降低模型占用的数据量；完成边简化操作后，重新计算受到简化影响的边、、、、和的收缩成本；
6.根据权利要求1中所述保持细节特征的输电铁塔网格模型简化方法，其特征在于，所述步骤六中，直至输电铁塔网格模型的三角网格数量满足公式（8）后终止简化迭代，
7.一种保持细节特征的输电铁塔网格模型简化装置，其特征在于，所述装置包括：
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
