CN103955966B - 基于ArcGIS的三维激光点云渲染方法 - Google Patents
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Abstract
本文发明涉及到一种基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法，包括以下步骤：基于ArcGIS利用ArcObjects进行二次开发，扩展自定义图层，来管理点云数据；创建点云自定义图层时，加载点云数据，点和其渲染颜色建立索引，通过点云的数据范围设置图层的数据范围；设置自定义点云图层的渲染方式，包括按高程渲染，按循环高程渲染，按强度渲染，按RGB渲染；绘制图层时，根据点云的渲染方式，对点云进行渲染。本发明所提供的方法所需数据源为车载或者背包移动测量系统所采集的点云数据，全天候工作，提供不间断数据，可以快速进行数据更新，可以在ArcMap完成海量点云数据渲染，提高点云捕捉时的测图精度，并提供不同的点云渲染方式，用于提高点云的可识别性，利于用户测图。
Description
技术领域
本文发明涉及到一种基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法，属于地理信息领域和三维激光技术领域。
背景技术
传统的测绘数据都是进行单点采集的，随着三维激光扫描仪应用到测绘行业中，其为数字测图提供了一种高时空分辨率并且连续的高精度数据源。ArcGIS是专业的数字测图软件，如果能扩展ArcGIS的数据图层来管理三维激光点云，并把该图层作为数字测图底图，在ArcGIS中利用三维激光点云进行数字测图，可以有效地提高数字测图效率。
发明内容
本发明的目的是在ArcGIS中扩展自定义图层，来管理三维激光点云数据，在ArcMap地图中浏览点云，可根据高程、循环高程、RGB及强度对点云进行渲染绘制，在点云渲染过程中可加入透明度信息，提高点云的识别度，辅助数字测图。
为实现上述目的，首先使用车载或者背包三维激光测量系统采集数据，车载或者背包三维激光测量系统一般包括惯性导航IMU、GPS、三维激光扫描仪、全景相机、等，采集数据包括POS轨迹线、三维激光点云、全景影像及其位置姿态。在车辆或者测量员采集数据过程中，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS与惯性导航IMU构成的POS系统用于获取位置姿态信息、全景相机用于采集全景影像，扫描仪和全景相机相对于POS系统的位置和姿态是出厂时检校好的固定参数。
处理步骤：
步骤1、基于ArcGIS利用ArcObjects进行二次开发，扩展自定义图层，来管理点云数据；
步骤2、创建点云自定义图层时，加载点云数据，点和其渲染颜色建立索引，通过点云的数据范围设置图层的数据范围；
步骤3、设置自定义点云图层的渲染方式；
步骤4、绘制图层时，根据点云的渲染方式，对点云进行渲染。
4.1构造一个渐变色带条，用以点云渲染时取色；
4.2统计出点云平稳高程最小值和平稳高程最大值，统计出点云平稳强度最小值和平稳强度最大值；
4.3按高程和按循环高程渲染，根据高程信息来取颜色条中的色彩；按强度信息渲染通过强度信息获取颜色的透明度，RGB颜色分量信息通过透明度设置；
4.4按RGB渲染时直接根据点云RGB信息进行渲染；
4.5按高程和按循环高程渲染时，可以把透明度加入到RGB颜色分量中进行渲染。
本发明具有如下优点：
1、数据来源为车载或者背包式移动测量系统所采集的点云数据，全天侯工作，提供不间断数据，可以快速进行数据更新。
2、可以在ArcMap完成海量点云数据渲染，提高点云捕捉时的测图精度。
3、在ArcMap中实现点云数据的渲染，提供不同的点云渲染方式，用于提高点云的可识别性，利于用户测图。
附图说明
图1为本发明基于ArcGIS的三维激光点云渲染方法操作流程图。
图2三维激光点云在ArcMap中按高程渲染效果图。
图3三维激光点云在ArcMap中按循环高程渲染效果图。
图4三维激光点云在ArcMap中按强度渲染效果图。
图5三维激光点云在ArcMap中按RGB渲染效果图。
具体实施方式
点云数据：按扫描顺序以圈存储，文件头包含数据基本信息和圈索引数据。
步骤1扩展ArcGIS自定义图层，用于管理点云数据，每一个点云图层关联一个点云对象。在ArcMap中加载点云数据时，创建点云图层；
步骤2构造一个颜色带条Color Ramp，分10个渐变色带，可以获取特定颜色带一定比例的颜色值；
步骤3遍历点云所有点，取得点云Z坐标的最大值MaxZ和最小值MinZ。为了使点云按高程和循环高程渲染时颜色保持平稳，统计高程时需要剔除一些高程特别大或特别小的点。具体流程是把点云高程统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0，999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对高程小的和高程大的点进行过滤，最后统计出点云高程平稳最大值MaxHZ和平稳最小值MinHZ；
步骤4遍历点云所有点，取得点云强度的最大值MaxI和最小值MinI。为了使点云按强度渲染时颜色保持平稳，统计强度时需要剔除一些强度特别大或特别小的点。具体流程是把点云强度统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0，999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对强度低点和高点进行过滤，最后统计出点云强度平稳最大值MaxHI和平稳最小值MinHI；
步骤5点云按高程渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的Z坐标和MinHZ的差值，求取该点在色带条的色带及在该色带上的颜色比例值，进而取出颜色；
步骤6点云按循环高程色带渲染时，首先设置循环步长S，遍历需要渲染的点，点Z坐标减去MinHZ得到D，D对循环步长S求模得到M，D对S求余得到L，为保证循环高程渲染时色彩的对称性，对M为奇数的点进行标记，S减去M得到相对循环距离DD，然后根据DD求出在色带条中的颜色带及该色带的比例值，进而取出颜色；
步骤7点云按强度渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的强度值和MinHI的差值，求取点的透明度L，然后确保渲染时色彩不至于太暗或太亮，使L在区间[0.1，0.95]中，最后根据L求取RGB颜色分量；
步骤8点云按RGB渲染时，直接读取点云自身的颜色；
步骤9由于用GDI绘制点时，无法传入透明度信息，在按高程渲染和循环高程渲染时，可以先把从色带条获取的RGB颜色信息转为HSV格式的颜色信息，然后把透明度信息加入到HSV信息中，再把HSV转为RGB；
步骤10在ILayer的Draw接口中用GDI绘制点云。
Claims (2)
1.一种基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法，首先，使用车载或者背包三维激光测量系统采集数据，车载或者背包三维激光移动测量系统集成部件包括三维激光扫描仪、GPS导航仪、惯性制导系统和全景相机，采集数据过程在车辆或者作业人员行进中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；点云数据按照圈索引进行组织，以获取每一圈扫描圈的三维坐标点集；然后按如下步骤操作：
步骤1、扩展ArcGIS自定义图层，用于管理点云数据，每一个点云图层关联一个点云对象，在ArcMap中加载点云数据时，创建点云图层；
步骤2、构造一个颜色带条Color Ramp，分10个渐变色带，可以获取特定颜色带一定比例的颜色值；
步骤3、遍历点云所有点，取得点云Z坐标的最大值MaxZ和最小值MinZ，为了使点云按高程和循环高程渲染时颜色保持平稳，统计高程时需要剔除一些高程特别大或特别小的点，具体流程是把点云高程统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0,999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对高程小的和高程大的点进行过滤，最后统计出点云高程平稳最大值MaxHZ和平稳最小值MinHZ；
步骤4、遍历点云所有点，取得点云强度的最大值MaxI和最小值MinI，为了使点云按强度渲染时颜色保持平稳，统计强度时需要剔除一些强度特别大或特别小的点，具体流程是把点云强度统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0,999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对强度低点和高点进行过滤，最后统计出点云强度平稳最大值MaxHI和平稳最小值MinHI；
步骤5、点云按高程渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的Z坐标和MinHZ的差值，求取该点在色带条的色带及在该色带上的颜色比例值，进而取出颜色；
步骤6、点云按循环高程渲染时，首先设置循环步长S，遍历需要渲染的点，点Z坐标减去MinHZ得到D，D对循环步长S求模得到M，D对S求余得到L，为保证循环高程渲染时色彩的对称性对M为奇数的点进行标记，S减去M得到相对循环距离DD，然后根据DD求出在色带条中的颜色带及该色带的比例值，进而取出颜色；
步骤7、点云按强度渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的强度值和MinHI的差值，求取点的透明度L，然后确保渲染时色彩不至于太暗或太亮，使L在区间[0.1,0.95]中，最后根据L求取RGB颜色分量；
步骤8、点云按RGB渲染时，直接读取点云自身的颜色；
步骤9、在按高程渲染和循环高程渲染时，可以加入透明度信息；
步骤10在ILayer的Draw接口中用GDI绘制点云。
2.根据权利要求1所述的基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法，其特征在于：步骤9中点云在按高程渲染和循环高程渲染时，可以加入透明度信息，但是由于用GDI绘制点时，无法传入透明度信息，所以可以先把从色带条获取的RGB颜色信息转为HSV格式的颜色信息，然后把透明度信息加入到HSV信息中，再把HSV转为RGB。
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