CN103942843A - 一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：分别创建航道和船舶的三维模型，对船舶的三维模型进行参数化配置；步骤二：基于视频提取静态航道和运动船舶的特征信息，静态航道是指视频中的航道，所述运动船舶是指视频中的船舶；步骤三：根据提取的特征信息，实现运动船舶的实例化，完成运动船舶对应的三维模型与静态航道对应的三维模型的融合。本发明能够对航道现场中船舶的运行状况进行直观、实时地三维动态呈现，系统运行效率高，同时支持浏览器模式的三维展示，并能服务于运营船舶的远程管理和控制，对航道管理及三维模型快速呈现具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种水运中的虚拟现实技术，具体涉及一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，本发明属于计算机辅助设计领域。
背景技术
随着计算机图形、虚拟现实、计算机视觉等技术的发展，以及数码相机、视频成像等设备的普及，计算机处理、记录和显示三维物体已经成为现实并广泛地服务于各个领域。然而，物体的三维建模费时费力、成本颇高。为此，各种三维模型重建技术应运而生。常见的三维建模主要有如下三种方式：传统的几何造型技术、三维扫描技术、基于图像序列的三维建模技术。传统的几何造型技术使用几何造型软件人工的生成三维模型，该方法对建模人员的技能有比较高的要求，且模型的绘制效果与实体相差甚远；三维扫描技术使用三维扫描设备对实体进行数字化处理，但是成本高，扫描出的数据繁多、算法复杂；基于图像的建模技术是目前最广泛使用的方法。该方法利用多幅图像的信息，虽然降低了特征匹配难度，提高了重建精度，但是，图像特征对应的获取以及物体形状和运动估计存在一定难度。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，对航道现场中船舶的运行状况进行直观、实时地三维动态呈现。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：分别创建航道和船舶的三维模型，对船舶的三维模型进行参数化配置；
步骤二：基于视频提取静态航道和运动船舶的特征信息，所述静态航道是指视频中的航道，所述运动船舶是指视频中的船舶；
步骤三：根据提取的特征信息，实现运动船舶的实例化，完成运动船舶对应的三维模型与静态航道对应的三维模型的融合。
前述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤1a：按船舶的外形对船舶分类，利用系统建模创建航道和船舶的三维模型；
步骤1b：实现船舶的参数化配置，实例化多种类型、大小的船舶，完成船舶三维模型模型库的构建。
前述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，所述步骤二包括：
步骤2a：在航道中安装摄像头，获得船舶进入、停靠、离开的视频文件；
步骤2b：根据获得的视频文件，识别视频文件中的静态航道和运动船舶，获取运动船舶的基本特征信息；同时跟踪运动船舶，获取运动船舶的动态特征信息。
前述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，所述步骤三包括：
步骤3a：根据步骤2b中识别的静态航道，完成匹配步骤1a中的航道的三维模型；根据步骤2b中识别的运动船舶的基本特征信息，完成匹配步骤1b中相符合的船舶模型；
步骤3b：根据步骤2b中识别的船舶的动态特征信息，完成动态船舶模型与静态航道模型的融合，实现三维场景的实时动态呈现；
步骤3c：将步骤3b中实时呈现的动态三维场景转换为浏览器模式的三维展示，以服务于航道中运营船舶的远程管理和控制。
前述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，步骤1b包括：对船舶模型的形状进行编辑修改，实现船舶的参数化配置，实例化多种类型、大小的船舶。
前述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，步骤2b中，所述运动船舶的基本特征信息包括船舶的外形和大小，所述运动船舶的动态特征信息包括船舶的运动轨迹、速度和所处位置。
本发明的有益之处在于：本发明的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法实时地呈现三维场景的动态变化，系统运行效率高，同时支持浏览器模式的三维展示。本发明应用于水运中的虚拟现实，能够对航道现场中船舶的运行状况进行直观、实时地三维动态呈现，并能服务于运营船舶的远程管理和控制，对航道管理及三维模型快速呈现具有重要意义。
附图说明
图1是本发明中一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法流程图；
图2是本发明中船舶参数化配置示意图；
图3是本发明中静态航道和运动船舶的第一个识别示意图；
图4是本发明中静态航道和运动船舶的第二个识别示意图；
图5是本发明中静态航道和运动船舶的第三个识别示意图；
图6是本发明中静态航道和运动船舶的第四个识别示意图；
图7是本发明中静态航道和运动船舶的第五个识别示意图；
图8是本发明中静态航道和运动船舶的第六个识别示意图；
图9是本发明中视频连续帧中船舶示意图；
图10是本发明中视频连续帧中船舶的动态特征信息识别示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1所示，本发明一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，包括如下步骤：
步骤一：分别创建航道和船舶的三维模型，对船舶的三维模型进行参数化配置；
步骤二：基于视频提取静态航道和运动船舶的特征信息，所述静态航道是指视频中的航道，所述运动船舶是指视频中的船舶；
步骤三：根据提取的特征信息，实现运动船舶的实例化，完成运动船舶对应的三维模型与静态航道对应的三维模型的融合。
首先，预定义数据，包括预定义航道模型和船舶模型，并对船舶模型进行参数化配置，构建参数化船舶模型库，包括以下步骤：
步骤1a：按船舶的外形对其分类，利用系统建模创建航道和船舶的三维模型；
步骤1b：实现船舶的参数化配置，实例化多种类型、大小的船舶，完成船舶三维模型模型库的构建。
然后，基于视频自动获取信息，包括静态航道和运动船舶的特征信息，包括以下步骤：
步骤2a：在航道中安装摄像头，获得船舶进入、停靠、离开的视频文件；
步骤2b：根据获得的视频文件，识别视频文件中的静态航道和运动船舶，获取运动船舶的基本特征信息；同时跟踪运动船舶，获取运动船舶的动态特征信息。基本特征信息包括船舶的外形、大小等，动态特征信息包括船舶的运动轨迹、速度、所处位置等。
最后，根据提取的特征信息，实现运动船舶的实例化，完成动态船舶模型与静态航道模型的三维场景融合，包括以下步骤：
步骤3a：根据步骤2b中识别的静态航道，完成匹配步骤1a中的航道的三维模型；根据步骤2b中识别的运动船舶的基本特征信息，完成匹配步骤1b中相符合的船舶模型；
步骤3b：根据步骤2b中识别的船舶的动态特征信息，完成运动船舶对应的三维模型与静态航道对应的三维模型的融合，实现三维场景的实时动态呈现；
步骤3c：将步骤3b中实时呈现的动态三维场景转换为浏览器模式的三维展示，以服务于航道中运营船舶的远程管理和控制。浏览器模式的三维展示是指动态船舶模型与静态航道模型融合的三维场景发布成网页，在网页上展示航道中船舶的三维动态景象。
如图2所示，所述船舶参数化配置可以是在VC++平台下通过对船舶模型的参数分别进行适当的编辑修改，如图2分别对船舶模型参数长(L)、宽(W)、高(H)进行修改，最终达到参数L、W、H均改变的船舶模型，达到实际要求，实例化绝大多数种类型、大小的船舶，完成船舶三维模型库的构建。具体来说，先利用系统建模完成分类船舶模型的构建，再将船舶模型导出为格式文件；将导出的格式文件导入到VC++中，对船舶模型各项参数(如长、宽、高等)进行适当的编辑修改，实现船舶模型的参数化配置，完成视频图像中识别的二维船舶到三维船舶模型的转换。
如图3所示，静态航道和运动船舶的识别是指结合视频图像处理和模式识别相关技术，从航道现场视频文件中识别航道轮廓和运动船舶轮廓，获取船舶的基本特征信息(如大小、外形)。图3、图4、图5、图6均为从拍摄的现场视频文件中截获的一帧中航道、船舶的示意图；图7表示单独识别出的航道轮廓；图8表示提取出的船舶的外形、大小(长、宽、高)等特征信息。
如图9所示，所述视频连续帧中船舶的识别是指通过摄像机获取航道现场的视频文件并截获其多帧图像，对船舶实时动态监控，获取船舶的动态特征信息(运动轨迹、速度、所处位置)。图9中的(1)，(2)，...，(8)分别表示从视频文件中截获的具有典型代表的一帧图像，分别对应图10中T1，T2，...，T8时刻识别得到的船舶的运动轨迹、速度、所处位置。运动速度可以以下通过公式得到：v＝s/t，其中v表示运动速度，s表示距离，t表示时间。
本发明未进一步说明的均为现有技术。
本发明给出了一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法。首先，创建航道、船舶的三维模型，并对船舶模型进行参数化配置；然后，基于视频识别静态航道和运动船舶的特征信息；最后，根据提取的特征信息，实现多种运动船舶的实例化，完成动态船舶模型与静态航道模型的三维场景融合。本方法的主要特点是实时地呈现三维场景的动态变化，系统运行效率高，同时支持浏览器模式的三维展示。该发明应用于水运中的虚拟现实，能够对航道现场中船舶的运行状况进行直观、实时地三维动态呈现，并能服务于运营船舶的远程管理和控制，对航道管理及三维模型快速呈现具有重要意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1. 一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：分别创建航道和船舶的三维模型，对船舶的三维模型进行参数化配置；
步骤二：基于视频提取静态航道和运动船舶的特征信息，所述静态航道是指视频中的航道，所述运动船舶是指视频中的船舶；
步骤三：根据提取的特征信息，实现运动船舶的实例化，完成运动船舶对应的三维模型与静态航道对应的三维模型的融合。
2. 根据权利要求1所述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤1a：按船舶的外形对船舶分类，利用系统建模创建航道和船舶的三维模型；
步骤1b：实现船舶的参数化配置，实例化多种类型、大小的船舶，完成船舶三维模型模型库的构建。
3. 根据权利要求2所述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，所述步骤二包括：
步骤2a：在航道中安装摄像头，获得船舶进入、停靠、离开的视频文件；
步骤2b：根据获得的视频文件，识别视频文件中的静态航道和运动船舶，获取运动船舶的基本特征信息；同时跟踪运动船舶，获取运动船舶的动态特征信息。
4. 根据权利要求3所述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，所述步骤三包括：
步骤3a：根据步骤2b中识别的静态航道，完成匹配步骤1a中的航道的三维模型；根据步骤2b中识别的运动船舶的基本特征信息，完成匹配步骤1b中相符合的船舶模型；
步骤3b：根据步骤2b中识别的船舶的动态特征信息，完成动态船舶模型与静态航道模型的融合，实现三维场景的实时动态呈现；
步骤3c：将步骤3b中实时呈现的动态三维场景转换为浏览器模式的三维展示，以服务于航道中运营船舶的远程管理和控制。
5. 根据权利要求4所述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，步骤1b包括：对船舶模型的形状进行编辑修改，实现船舶的参数化配置，实例化多种类型、大小的船舶。
6. 根据权利要求5所述的一种基于视频的航道船舶三维模型动态呈现方法，其特征在于，步骤2b中，所述运动船舶的基本特征信息包括船舶的外形和大小，所述运动船舶的动态特征信息包括船舶的运动轨迹、速度和所处位置。
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