Unity解析OSM数据，并生成简单模型
文章目录
- 一、介绍XML数据格式
- 二、Unity解析XML数据格式的方法
- 1.C#自带的方法
- 2.Unity读取TextAsset方法
- 三、OSM数据介绍
- 四、Unity解析OSM数据
- 1.定义node和way的数据结构
- 2.获取XML文件中node和way的属性值并存储
- 五、使用LineRender对OSM数据进行简单可视化
- 六、根据OSM数据创建道路和建筑的简单模型
- 1.重新定义node和way的数据结构
- 2.创建模型
- 七、参考
一、介绍XML数据格式
因为OSM数据就是XML数据格式，所以先介绍一下XML数据格式。
XML 指可扩展标记语言（eXtensible Markup Language）。
- XML 被设计用来传输和存储数据。
- XML 文档形成了一种树结构，它从"根部"开始，然后扩展到"枝叶"。
- XML 元素指的是从（且包括）开始标签直到（且包括）结束标签的部分。
- XML 文档必须包含根元素。该元素是所有其他元素的父元素。
- 所有的元素都可以有文本内容和属性（类似 HTML 中）。
- 在 XML 中，省略关闭标签是非法的。所有元素都必须有关闭标签。
XML 文档实例
<note date="12/11/2007">
<to>Toveto>
<from>Janifrom>
<heading>Reminderheading>
<body>Don't forget me this weekend!body>
note>
以上显示了根元素note及它的四个子元素（Element）。
二、Unity解析XML数据格式的方法
1.C#自带的方法
//引入命名空间
using System.Xml;
public class Parser : MonoBehaviour
{
//创建xml文档对象
private XmlDocument doc = new XmlDocument();
private void Start()
{
//读入xml文件
XmlTextReader reader= new XmlTextReader("Assets/" + mapName);
//加载到xml文档对象中
doc.Load(reader);
//根据元素名称获取元素list
XmlNodeList elemList = doc.GetElementsByTagName("node");
//获取元素的子元素们
foreach (XmlNode node in elemList )
{
XmlNodeList children = node.ChildNodes;
}
//获取元素的某一属性名称
string attrName = elemList[0].Attributes[0].Name;
//获取元素的某一属性值
string idStr = elemList[0].Attributes["id"].InnerText;
//把string转为int
int id = int.Parse(idStr);
}
}
2.Unity读取TextAsset方法
TextAsset是用于导入文本文件的格式。当您将文本文件放入项目文件夹时，它将被转换为TextAsset。支持的文本格式有:.txt、.html、.htm、.xml、.bytes、.json、.csv、.yaml、.fnt。
using System.Xml;
[Tooltip("The resource file that contains the OSM map data")]
public string resourceFile;
[HideInInspector] public Dictionary<ulong, OsmNode> nodes;
void Start()
{
//读取文件
var txtAsset = Resources.Load<TextAsset>(resourceFile);
//加载xml内容到xml文件对象
XmlDocument doc = new XmlDocument();
doc.LoadXml(txtAsset.text);
//获取单个元素
XmlNode xmlNode = doc.SelectSingleNode("/osm/bounds");
//获取元素list
XmlNodeList xmlNodeList = doc.SelectNodes("/osm/node"));
}
三、OSM数据介绍
OpenStreetMap的元素（数据基元）主要包括三种：
- 点（Nodes）
- 路（Ways）
- 关系（Relations）
这三种元素构成了整个地图画面。其中，Nodes定义了空间中点的位置；Ways定义了线或区域；Relations（可选的）定义了元素间的关系。
根元素：
<osm version="0.6" generator="CGImap 0.0.2">
<bounds minlat="34.1362000" minlon="-118.4360000" maxlat="34.2371000" maxlon="-118.2938000"/>
osm>
node元素：
<node id="10537778" lat="34.1650043" lon="-118.2969154" user="mattmaxon" uid="96974" visible="true" version="18" changeset="787046" timestamp="2009-03-11T12:10:18Z"/>
<node id="10537785" lat="34.1732598" lon="-118.3062396" user="mattmaxon" uid="96974" visible="true" version="4" changeset="768622" timestamp="2009-03-09T13:57:18Z">
<tag k="highway" v="traffic_signals"/>
node>
可以看到，node元素的属性有：id、lat、lon、user、uid、visible、version、changeset、timestamp。我们实际上需要的只有前三个属性。其他属性的介绍可以看官方介绍。
关于Tag元素：
Tags describe the meaning of the particular element to which they are attached.
简单来说就是用一些键值对表示这些元素的地图特征。并没有一个固定的字典来表示这些tag，但是可以参考这里：Map Features page。
way元素：
<way id="40779547" user="NE2" uid="207745" visible="true" version="2" changeset="4563211" timestamp="2010-04-30T05:30:59Z">
<nd ref="495645323"/>
<nd ref="358076071"/>
<nd ref="358076070"/>
<nd ref="122950026"/>
<nd ref="123377574"/>
<nd ref="495645323"/>
<tag k="landuse" v="residential"/>
<tag k="source" v="City of Burbank"/>
way>
每个way包含了多个nd元素。way的属性中我们也只需要id。
relation元素：
<relation id="112106" user="jerjozwik" uid="36489" visible="true" version="14" changeset="5359394" timestamp="2010-07-31T01:01:53Z">
<member type="way" ref="33104747" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104749" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104751" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104776" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104779" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104780" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104799" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104802" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104805" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104815" role="inner"/>
<member type="way" ref="33104857" role="inner"/>
<member type="way" ref="29234226" role=""/>
<tag k="type" v="multipolygon"/>
relation>
relation元素记录了两个或多个数据元素(node、way和/或其他relation)之间的关系。例如：一种路线关系，它列出了组成主要公路、自行车路线或公共汽车路线的路线。relation元素的含义可以有很多，还是要依据tag来看。
四、Unity解析OSM数据
1.定义node和way的数据结构
using System.Collections.Generic;
public struct Node {
public int id;
public float lat, lon;
public Node(int ID, float LAT, float LON) {
id = ID;
lat = LAT;
lon = LON;
}
}
public struct Way {
public int id;
public List<int> wnodes;
public Way(int ID) {
id = ID;
wnodes = new List<int>();
}
}
2.获取XML文件中node和way的属性值并存储
private List<Node> nodes = new List<Node>();
private List<Way> ways = new List<Way>();
[SerializeField] private string mapName = "map2.osm";
doc.Load(new XmlTextReader("Assets/" + mapName));
//【存储所有nodes】
XmlNodeList elemList = doc.GetElementsByTagName("node");
for (int i = 0; i < elemList.Count; i++)
{
nodes.Add(new Node(int.Parse(elemList[i].Attributes["id"].InnerText),
float.Parse(elemList[i].Attributes["lat"].InnerText),
float.Parse(elemList[i].Attributes["lon"].InnerText)
));
}
//【存储所有ways】
XmlNodeList wayList = doc.GetElementsByTagName("way");
int ct = 0;
foreach (XmlNode node in wayList)
{
XmlNodeList wayNodes = node.ChildNodes;
//存储way的id
ways.Add(new Way(int.Parse(node.Attributes["id"].InnerText)));
//存储way的每个node的id
foreach (XmlNode nd in wayNodes)
{
if (nd.Attributes[0].Name == "ref")//根据元素属性筛选出node元素
{
ways[ct].wnodes.Add(int.Parse(nd.Attributes["ref"].InnerText));
Debug.Log(ways[ct].wnodes.Count);
}
}
ct++;
}
现在nodes和ways两个list已经存储了点和线的id、经纬度信息。
五、使用LineRender对OSM数据进行简单可视化
（1）LineRender介绍：设置LineRender组件的Positions数组，确定一条Line上面控制点的位置。设置width曲线控制Line的宽度。比如现在就是长度为1，宽度约0.2的一条Line。
（2）把每条way用LineRender画出来。需要把经纬度转变成xy坐标。
下面这种写法的执行速度很慢，只是体现个思路。
private List<Transform> wayObjects = new List<Transform>();
[SerializeField] private float x;
[SerializeField] private float y;
//在osm文件的bounds元素中已知此区域的经纬度极值
//效果：
六、根据OSM数据创建道路和建筑的简单模型
创建简单道路和建筑模型要用到mesh编程的知识。简单来说就是给一游戏物体添加MeshFilter组件后，自己去设置这个Mesh的顶点、法线、三角形、uv。最后结果是这样：
稍放大一点，可以看到道路上的贴图。
在wireframe模式下，可以比较清楚的看到，道路是用多个三角形拼起来的，交叉口没有做处理。
建筑除了根据多个点画出底面外，还具备一定的高度。
1.重新定义node和way的数据结构
因为我们要区分哪些点是用于道路的，哪些点是用于建筑的，所以除了之前的“id”、“lan”、“lon”，我们还需要知道一些Tag的值。
（1）优化一下从xml中获取属性的方法，定义一个BaseOsm类：
using System;
using System.Xml;
class BaseOsm
{
protected T GetAttribute<T>(string attrName, XmlAttributeCollection attributes)
{
string strValue = attributes[attrName].Value;
return (T)Convert.ChangeType(strValue, typeof(T));
}
}
（2）OSMNode类：
using System.Xml;
using UnityEngine;
class OsmNode : BaseOsm
{
public ulong ID {get; private set; }
public float Latitude { get; private set; }
public float Longitude { get; private set; }
public float X { get; private set; }
public float Y {get; private set; }
// implicit conversion between OsmNode and Vector3
//使得node可以像Vector3一样运算
public static implicit operator Vector3 (OsmNode node)
{
return new Vector3(node.X, 0, node.Y);
}
public OsmNode(XmlNode node)
{
ID = GetAttribute<ulong>("id", node.Attributes);
Latitude = GetAttribute<float>("lat", node.Attributes);
Longitude = GetAttribute<float>("lon", node.Attributes);
//从经纬度转坐标的方法分离出去了
X = (float)MercatorProjection.lonToX(Longitude);
Y = (float)MercatorProjection.latToY(Latitude);
}
}
（3）OSMWay类：
using System.Collections.Generic;
using System.Xml;
class OsmWay : BaseOsm
{
public ulong ID {get; private set; }
public bool Visible { get; private set; }
public List<ulong> NodeIDs {get; private set; }
public bool IsBoundary {get; private set; }//边界可以在场景中画出，方便判断
public bool IsBuilding {get; private set; }
public bool IsRoad {get; private set; }
public float Height {get; private set; }
public OsmWay(XmlNode node)
{
NodeIDs = new List<ulong>();
ID = GetAttribute<ulong>("id", node.Attributes);
Visible = GetAttribute<bool>("visible", node.Attributes);
//保存way中的nodes的id
XmlNodeList nds = node.SelectNodes("nd");
foreach (XmlNode n in nds)
{
ulong refNo = GetAttribute<ulong>("ref", n.Attributes);
NodeIDs.Add(refNo);
}
//判断是否是边界
if (NodeIDs.Count > 1)
{
IsBoundary = NodeIDs[0] == NodeIDs[NodeIDs.Count - 1];
}
Height = 10.0f;
XmlNodeList tags = node.SelectNodes("tag");
foreach (XmlNode t in tags)
{
string key = GetAttribute<string>("k", t.Attributes);
if (key == "height")//不确定是建筑还是道路高度
{
Height = 0.3048f * GetAttribute<float>("v", t.Attributes);
}
else if (key == "building:levels")//建筑层数，每一层是3m
{
Height = 3.0f * GetAttribute<float>("v", t.Attributes);
}
else if (key == "building")//是建筑
{
IsBuilding = GetAttribute<string>("v", t.Attributes) == "yes";
Height = 10.0f;
}
else if (key == "highway")//是公路
{
IsRoad = true;
}
/** would preferably like to use only:
** trunk roads
** primary roads
** secondary roads
** service roads
*/
}
}
}
2.创建模型
（1）定义基类
using UnityEngine;
[RequireComponent(typeof(MapReader))]//该物体应当添加了MapReader组件
abstract class InfrstructureBehaviour : MonoBehaviour
{
protected MapReader map;
void Awake()
{
map = GetComponent<MapReader>();
}
protected Vector3 GetCentre(OsmWay way)
{
Vector3 total = Vector3.zero;
foreach (var id in way.NodeIDs)
{
total += map.nodes[id];
}
return total / way.NodeIDs.Count;
}
}
（2）创建道路
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
class RoadMaker : InfrstructureBehaviour
{
public Material roadMaterial;
IEnumerator Start()
{
while (!map.IsReady){yield return null;}//等待地图数据解析完毕
foreach (var way in map.ways.FindAll((w) => { return w.IsRoad; }))
{
//【1】创建一个游戏物体，并将它的位置设置为道路中心
GameObject go = new GameObject();
Vector3 localOrigin = GetCentre(way);//找到这条道路的中心位置
go.transform.position = localOrigin - map.bounds.Centre;//减掉整个地图的中心位置，就是应该在场景中显示的道路中心了
//【2】向游戏物体添加MeshFilter和MeshRenderer组件
MeshFilter mf = go.AddComponent<MeshFilter>();
MeshRenderer mr = go.AddComponent<MeshRenderer>();
//设置材质
mr.material = roadMaterial;
//设置顶点位置、法线、uv、三角形
List<Vector3> vectors = new List<Vector3>();
List<Vector3> normals = new List<Vector3>();
List<Vector2> uvs = new List<Vector2>();
List<int> indices = new List<int>();
for (int i = 1; i < way.NodeIDs.Count; i++)
{
OsmNode p1 = map.nodes[way.NodeIDs[i - 1]];
OsmNode p2 = map.nodes[way.NodeIDs[i]];
Vector3 s1 = p1 - localOrigin;
Vector3 s2 = p2 - localOrigin;
Vector3 diff = (s2 - s1).normalized;
//使用叉积求出这条路的水平方向，并设置道路宽度
var cross = Vector3.Cross(diff, Vector3.up) * 2.0f; // 2 meters - width of lane
Vector3 v1 = s1 + cross;//第一个点左偏移
Vector3 v2 = s1 - cross;//第一个点右偏移
Vector3 v3 = s2 + cross;
Vector3 v4 = s2 - cross;
//添加顶点坐标
vectors.Add(v1); vectors.Add(v2); vectors.Add(v3); vectors.Add(v4);
//添加uv坐标
uvs.Add(new Vector2(0,0)); uvs.Add(new Vector2(1,0)); uvs.Add(new Vector3(0,1)); uvs.Add(new Vector3(1,1));
//添加顶点法线
for(int i=0;i<4;i++){ normals.Add(-Vector3.up);}
//设置三角形的顶点索引
// index values
int idx1, idx2,idx3, idx4;
idx4 = vectors.Count - 1;
idx3 = vectors.Count - 2;
idx2 = vectors.Count - 3;
idx1 = vectors.Count - 4;
// first triangle v1, v3, v2
indices.Add(idx1);
indices.Add(idx3);
indices.Add(idx2);
// second triangle v3, v4, v2
indices.Add(idx3);
indices.Add(idx4);
indices.Add(idx2);
// third triangle v2, v3, v1
indices.Add(idx2);
indices.Add(idx3);
indices.Add(idx1);
// fourth triangle v2, v4, v3
indices.Add(idx2);
indices.Add(idx4);
indices.Add(idx3);
}
mf.mesh.vertices = vectors.ToArray();
mf.mesh.normals = normals.ToArray();
mf.mesh.triangles = indices.ToArray();
mf.mesh.uv = uvs.ToArray();
yield return null;
}
}
}
（3）创建建筑物
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
class BuildingMaker : InfrstructureBehaviour
{
public Material building;
IEnumerator Start()
{
while (!map.IsReady){yield return null;}
foreach (var way in map.ways.FindAll((w) => { return w.IsBuilding && w.NodeIDs.Count > 1; }))
{
GameObject go = new GameObject();
Vector3 localOrigin = GetCentre(way);
go.transform.position = localOrigin - map.bounds.Centre;
MeshFilter mf = go.AddComponent<MeshFilter>();
MeshRenderer mr = go.AddComponent<MeshRenderer>();
mr.material = building;
List<Vector3> vectors = new List<Vector3>();
List<Vector3> normals = new List<Vector3>();
List<int> indices = new List<int>();
for (int i = 1; i < way.NodeIDs.Count; i++)
{
OsmNode p1 = map.nodes[way.NodeIDs[i - 1]];
OsmNode p2 = map.nodes[way.NodeIDs[i]];
Vector3 v1 = p1 - localOrigin;
Vector3 v2 = p2 - localOrigin;
//【和道路不同的是，y坐标要加上高度】
Vector3 v3 = v1 + new Vector3(0, way.Height, 0);
Vector3 v4 = v2 + new Vector3(0, way.Height, 0);
vectors.Add(v1);vectors.Add(v2);vectors.Add(v3);vectors.Add(v4);
for(int i=0;i<4;i++){ normals.Add(-Vector3.forward);}
// index values
int idx1, idx2,idx3, idx4;
idx4 = vectors.Count - 1;
idx3 = vectors.Count - 2;
idx2 = vectors.Count - 3;
idx1 = vectors.Count - 4;
// first triangle v1, v3, v2
indices.Add(idx1);
indices.Add(idx3);
indices.Add(idx2);
// second triangle v3, v4, v2
indices.Add(idx3);
indices.Add(idx4);
indices.Add(idx2);
// third triangle v2, v3, v1
indices.Add(idx2);
indices.Add(idx3);
indices.Add(idx1);
// fourth triangle v2, v4, v3
indices.Add(idx2);
indices.Add(idx4);
indices.Add(idx3);
}
mf.mesh.vertices = vectors.ToArray();
mf.mesh.normals = normals.ToArray();
mf.mesh.triangles = indices.ToArray();
yield return null;
}
}
}
七、参考
- 使用LineRender可视化：OSM-2-Unity
- 创建简单模型：osm-unity