CN104966315B - 三维模型的处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维模型的处理方法，包括以下步骤：提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分；基于预设的建筑化简比例对所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对所述非建筑部分进行化简处理；将简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的三维模型。本发明还公开一种三维模型的处理系统。本发明不但有效地保护了模型的建筑特征，减少了化简处理对建筑部分的视觉损失，而且又提高了化简效率。

Description

三维模型的处理方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及三维模型的处理方法和装置。

背景技术

三维模型通过简单的线框在不同细节层次渲染的或用不同方法进行明暗描绘，而且还可以使用纹理进行覆盖，从而可以反映出真实的物体。但是三维模型通常具有非常高的三角网格密度，对图形显示设备的绘制时间、存储容量均带来了很大的压力。因此在不明显损失视觉的情况下，利用更简单的模型，即对三维模型进行简化，以提高三维模型的运行效率。

目前对业内对模型化简的研究成果非常多，在保持减少几何特征方面，也有很多方法。然而，对于三维地图这种模型，模型中的建筑物对视觉效果的贡献，要比地表洼地等区域要大得多，如果简化比例过高，建筑由于顶点和面的减少造成的几何形变所带来的视觉损失，更容易被人察觉。如果简化比例过低，无法有效提高三维模型的运行效率。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种三维模型的处理方法和系统，旨在有效地保护模型的建筑特征，减少化简处理对建筑部分的视觉损失。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种三维模型的处理方法，包括以下步骤：

提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分；

基于预设的建筑化简比例对所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对所述非建筑部分进行化简处理；

将简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的三维模型。

此外，为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种三维模型的处理系统，包括：

特征提取模块，用于提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分；

化简处理模块，用于基于预设的建筑化简比例对所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对所述非建筑部分进行化简处理；

合并处理模块，用于将简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的三维模型。

本发明实施例通过分别对三维模型中的建筑部分和非建筑部分进行化简，不但有效地保护了模型的建筑特征，减少了化简处理对建筑部分的视觉损失，而且又提高了化简效率。

附图说明

图1为本发明三维模型的处理系统中的三维模型的生成示例图；

图2为本发明三维模型的处理系统所处理的三维模型的示意图；

图3为本发明三维模型的处理系统应用于NAS集群时的硬件结构示意图；

图4为本发明三维模型的处理系统第一实施例的功能模块示意图；

图5为本发明三维模型的处理系统对三维模型进行特征提取的三维模型示例图；

图6为本发明三维模型的处理系统对三维模型的处理前后的三维模型在贴纹理显示上的对比示例图；

图7为本发明三维模型的处理系统对三维模型的处理前后的三维模型在网格上的对比示例图；

图8为本发明三维模型的处理系统中特征提取模块的细化功能模块示意图；

图9为本发明三维模型的处理系统第二实施例的功能模块图；

图10为本发明三维模型的处理方法第一实施例的流程示意图；

图11为本发明三维模型的处理方法中进行特征提取处理的细化流程示意图；

图12为本发明三维模型的处理方法第二实施例的流程示意图；

图13为本发明三维模型的处理方法第三实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种三维模型的处理方案，通过分别对三维模型中的建筑和非建筑进行化简，既保证了三维模型的视觉质量，又提高了简化效率。

上述三维模型的处理方案主要应用于特征稍明显的三维模型，例如城市倾斜摄影三维重建得到的三维模型。当然还可以应用于人工建模的三维城市或者农村、山区倾斜摄影重建得到的三维模型，只要该三维模型的建筑特征和地表特征较明显。以下实施例将以城市倾斜摄影三维重建得到的三维模型为例进行描述。

城市倾斜摄影三维重建可通过以下方法实现：

一示例中，通过搭载多台影像传感器的飞行平台，例如设置在飞行平台的中心位置和四个顶角，该中心位置的影像传感器从垂直角度采集图像，同时四个顶角的影像传感器对应向中心位置倾斜一定角度采集图像。如图1所示，各影像传感器101采集的图像都传给处理器102，处理器102调用三维重建算法，对接收到的图像进行三维重建，生成三维模型。本发明实施例中，三维重建算法可包括影片特征识别提取点云、点云网格化、纹理生成这三个步骤。每个三维模型可以为一个方块区域，也可以为多个方块区域，每个方块区域中包括建筑、地表等特征，如图2所示。另一示例中，利用机载或地面激光扫描仪获取地物三维数据，然后配合地面摄影影像或者遥感影像进行三维建模。又一示例中，利用目标提取技术，实现航空影像房屋三维数据的半自动测量，进而在地面与建筑物表面二维半不规则三角网和原始数据影像的基础上，实现建筑物可见表面纹理恢复，重建三维模型。

本发明提出一种三维模型处理系统，该系统基于NAS(Network AttachedStorage，网络附属存储)集群，用于处理三维数据。该NAS集群可包括NAS存储器、主控机器、节点机器。如图3所示，NAS存储器用于存储三维数据，包括几何模型、纹理图片、材质等等。主控机器用于接收操作人员发送的处理指令、调用各节点机器进行数据处理、监视数据处理状态、管理三维数据等等。节点机器根据接收到的处理指令，从NAS存储器中读取三维数据进行处理，完成后将处理过的三维数据写入NAS存储器中。

如图4所示，基于上述NAS集群系统，本发明提出的三维模型的处理系统在节点机器中执行，可包括以下三个模块：

特征提取模块210，用于提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分；

化简处理模块220，用于基于预设的建筑化简比例对所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对所述非建筑部分进行化简处理；

合并处理模块230，用于将简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的三维模型。

主控机器根据三维模型处理指令，从NAS存储器中调取相应的三维模型，并将该三维模型将发送至特征提取模块210。特征提取模块210根据接收到的三维模型，对三维模型中的建筑物进行识别，并对所识别的建筑物特征进行提取，从而获得建筑部分和非建筑部分。具体地，将三维模型中的建筑部分和非建筑部分进行分离，获得建筑部分和非建筑部分。如图5所示，该三维模型经过特征提取后，将获得相应的建筑部分。

本发明实施例中，将预先设置建筑化简比例和非建筑化简比例。化简处理模块220先调取预先设置的建筑化简比例和非建筑化简比例，并利用建筑化简比例对建筑部分进行化简处理，利用非建筑化简比例对非建筑部分进行化简处理。建筑部分的化简处理和非建筑部分的化简处理可以同时进行，也可以先后进行。然后，合并处理模块230将简化处理的建筑部分和非建筑部分的特征按位置关系进行合并处理，获得新的三维模型。如图6所示，该三维模型经过特征提取、化简、合并处理后，获得新的三维模型。而且由图6可知，处理前后三维模型的贴纹理显示的效果，即通过本发明实施例的方法处理后，三维模型的显示质量并未发生明显变化，显示质量得到了保证。如图7所示，该三维模型经过特征提取、化简、合并处理后，获得新的三维模型。而且由图7可知，处理之前三维模型的网格是浓密、均匀的，处理之后三维模型的网格是稀疏、不均匀的，而且建筑部分的网格密度要显著大于非建筑部分的网格密度。

本发明实施例通过分别对三维模型中的建筑部分和非建筑部分进行化简，不但有效地保护了模型的建筑特征，减少了化简处理对建筑部分的视觉损失，而且又提高了化简效率。

进一步地，如图8所示，上述特征提取模块210包括：

边缘检测单元211，对三维模型中的建筑立面进行检测，获得建筑物的目标边缘；

几何识别单元212，用于基于预设的建筑物的几何特征，向目标边缘内部进行区域增长处理，获取目标建筑物；

分离单元213，用于提取三维模型中的目标建筑物，获得建筑部分和非建筑部分。

上述边缘检测单元211利用几何网格面的法向量进行斜坡分析，可筛选出建筑的侧立面，获得目标边缘。然后，几何识别单元212利用建筑物的空间分布特点，提出对建筑物的若干几何特征和灰度特征进行识别的算法，向边缘检测单元211获得的目标边缘内部进行区域增长，生成目标建筑物。该目标建筑物的特征可包括：建筑物的面积、灰度值、纹理值、高度等等。最后，分离单元213根据生成的目标建筑物，将其从三维模型中分离出来，获得建筑部分和非建筑部分。

进一步地，上述化简处理模块220中预设的建筑化简比例比预设的非建筑化简比例低。化简处理是在尽可能保持原始模型特征的情况，最大限度地减少原始模型的三角形和顶点的数目。化简处理将遵循两个原则：顶点最少原则，即在给定误差上界的情况下，使得简化模型的顶点数最少；误差最小原则，给定简化模型的顶点个数，使得简化模型与原始模型之间的误差最小。由于化简的比例越高，简化后的模型的清晰度越低，因此本发明实施例中，为了有效的保护模型的几何特征，即建筑特征，采用建筑特征和非建筑特征对应的化简比例进行化简，不但达到化简目的，又保证了简化后的模型显示质量。例如，三维模型的建筑部分和非建筑部分分别化简掉30％和40％的顶点和面就会造成明显的几何走样，假如用现有技术去化简，只能将化简比例设置在30％。而利用本发明实施例中的化简方案，建筑部分进行化简比例为30％的化简处理，非建筑部分进行化简比例为40％的化简处理，该最终的化简比例将大于30％，但是其化简后的三维建筑模型的显示质量仍然可以保证。

进一步地，上述化简处理模块220还用于：根据提取的建筑部分中目标建筑物的密集程度，调整预设的建筑化简比例。

具体地，当特征提取模块210对三维模型中的建筑物特征识别，并将识别的建筑物提取后，还将分析所提取的建筑物的重要性。这里我们可以简单的根据建筑的高度来确定该建筑物的重要性，因为通常高层建筑比较重要。基于所确定的建筑物的重要性，调整预设的建筑化简比例。例如，预设一建筑物的高度为100米，其对应的建筑化简比例为30％；假设特征提取模块210所提取的建筑物的高度为200米，其对应的建筑化简比例调整为25％；假设特征提取模块210所提取的建筑物的高度为50米，其对应的建筑化简比例调整为35％。可以理解的是，上述建筑化简比例的调节并不限定上述举例，可以根据具体的应用情况而具体设置。有些重要的低层地标建筑，也可以通过人工干预的方式来标记它的重要性。

进一步地，如图9所示，上述三维模型的处理系统还可包括：

区域划分模块240，用于对三维模型进行区域划分，获得多个待处理的区域块。

由于三维模型可包括多个区域块，因此在对三维模型进行处理之前，可以通过区域划分模块240对三维模型进行区域划分，获得多个待处理的区域块。同时将该多个待处理的区域发送至特征提取模块210进行处理。可以理解的是，该特征提取模块210、化简处理模块220、合并处理模块230可以并行处理该多个待处理的区域块，也可以先后处理该多个待处理的区域块。该多个待处理的区域块处理结束后，再通过合并处理模块230将处理后的区域块进行合并，获得新的三维模型。

对应地，如图10所示，示出了本发明一种三维模型的处理方法的流程。该三维模型的处理方法运行在上述NAS集群中，具体可包括以下步骤：

步骤S110、提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分；

步骤S120、基于预设的建筑化简比例对所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对所述非建筑部分进行化简处理；

步骤S130、将简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的三维模型。

上述三维模型为上述NAS存储器中存储的三维模型，供主控机器调取后，发送至节点机器。接收到三维模型后，将对三维模型中的建筑物进行识别，并对所识别的建筑物特征进行提取，从而获得建筑部分和非建筑部分。具体地，将三维模型中的建筑部分和非建筑部分进行分离，获得建筑部分和非建筑部分。如图5所示，该三维模型经过特征提取后，将获得相应的建筑部分。

本发明实施例中，将预先设置建筑化简比例和非建筑化简比例。因此，先调取预先设置的建筑化简比例和非建筑化简比例，并利用建筑化简比例对建筑部分进行化简处理，利用非建筑化简比例对非建筑部分进行化简处理。建筑部分的化简处理和非建筑部分的化简处理可以同时进行，也可以先后进行。然后，将简化处理的建筑部分和非建筑部分的特征按位置关系进行合并处理，获得新的三维模型。如图6所示，该三维模型经过特征提取、化简、合并处理后，获得新的三维模型。而且由图6可知，处理之前三维模型的贴纹理显示的效果。如图7所示，该三维模型经过特征提取、化简、合并处理后，获得新的三维模型，即通过本发明实施例的方法处理后，三维模型的显示质量并未发生明显变化，显示质量得到了保证。而且由图7可知，处理之前三维模型的网格是浓密、均匀的，处理之后三维模型的网格是稀疏的、不均匀的，而且建筑部分的网格密度要显著大于非建筑部分的网格密度。

本发明实施例通过分别对三维模型中的建筑部分和非建筑部分进行化简，不但有效地保护了模型的建筑特征，减少了化简处理对建筑部分的视觉损失，而且又提高了化简效率。

进一步地，如图11所示，上述步骤S110包括：

步骤S111、对三维模型中的建筑立面进行检测，获得建筑物的目标边缘；

步骤S112、基于预设的建筑物的几何特征，向目标边缘内部进行区域增长处理，获取目标建筑物；

步骤S113、提取三维模型中的目标建筑物，获得建筑部分和非建筑部分。

上述边缘检测利用几何网格面的法向量进行斜坡分析，可筛选出建筑的侧立面，获得目标边缘。然后，利用建筑物的空间分布特点，提出对建筑物的若干几何特征和灰度特征进行识别的算法，对步骤S111获得的目标边缘内部进行区域增长，获得目标建筑物。该目标建筑物的特征可包括：建筑物的面积、灰度值、纹理值、高度等等。最后，根据获得的目标建筑物，将其从三维模型中分离出来，获得建筑部分和非建筑部分。

进一步地，上述预设的建筑化简比例比预设的非建筑化简比例低。化简处理是在尽可能保持原始模型特征的情况，最大限度地减少原始模型的三角形和顶点的数目。化简处理将遵循两个原则：顶点最少原则，即在给定误差上界的情况下，使得简化模型的顶点数最少；误差最小原则，给定简化模型的顶点个数，使得简化模型与原始模型之间的误差最小。由于化简的比例越高，简化后的模型的清晰度越低，因此本发明实施例中，为了有效的保护模型的几何特征，即建筑特征，采用建筑特征和非建筑特征对应的化简比例进行化简，不但达到了相对较高的化简率，又保证了简化后的模型显示质量。例如，三维模型的建筑部分和非建筑部分分别化简掉30％和40％的顶点和面就会造成明显的几何走样，假如用现有技术去化简，只能将化简比例设置在30％。而利用本发明实施例中的化简方案，建筑部分进行化简比例为30％的化简处理，非建筑部分进行化简比例为40％的化简处理，该最终的化简比例将大于30％，但是其化简后的三维模型的显示质量仍然可以保证。

进一步地，如图12所示，上述三维模型的处理方法还包括：

步骤S140、根据提取的建筑部分中目标建筑物的重要性，调整预设的建筑化简比例。

具体地，当特征提取模块210对三维模型中的建筑物特征识别，并将识别的建筑物提取后，还将分析所提取的建筑物的重要性。这里我们可以简单的根据建筑的高度来确定该建筑物的重要性，因为通常高层建筑比较重要。基于所确定的建筑物的重要性，调整预设的建筑化简比例。例如，预设一建筑物的高度为100米，其对应的建筑化简比例为30％；假设特征提取模块210所提取的建筑物的高度为200米，其对应的建筑化简比例调整为25％；假设特征提取模块210所提取的建筑物的高度为50米，其对应的建筑化简比例调整为35％。可以理解的是，上述建筑化简比例的调节并不限定上述举例，可以根据具体的应用情况而具体设置。有些重要的低层地标建筑，也可以通过人工干预的方式来标记它的重要性。

进一步地，如图13所示，示出了本发明三维模型的处理方法第二实施例。该实施例的三维模型的处理方法可包括以下步骤：

步骤S210、对三维模型进行区域划分，获得多个待处理的区域块；

步骤S220、分别对每个待处理的区域块进行特征提取处理，获得每个待处理的区域块的建筑部分和非建筑部分；

步骤S230、基于预设的建筑化简比例对每个待处理的区域块中的所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对每个待处理的区域块中的所述非建筑部分进行化简处理；

步骤S240、将每个待处理的区域块中简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的区域块；

步骤S250、将每个所述新的区域块进行合并处理，获得新的三维模型。

由于三维模型可包括多个区域块，因此在对三维模型进行处理之前，可以先对三维模型进行区域划分，获得多个待处理的区域块。同时将该多个待处理的区域块进行特征提取、化简、合并处理，然后将处理后的每个区域块进行合并，获得新的三维模型，从而加快处理速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种三维模型的处理方法，其特征在于，所述三维模型的处理方法包括以下步骤：

提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分；

基于预设的建筑化简比例对所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对所述非建筑部分进行化简处理；

将简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的三维模型；

其中，所述提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分包括：

对三维模型中的建筑立面进行边缘检测，获得建筑物的目标边缘；

基于预设的建筑物的几何特征，对目标边缘进行处理，生成目标建筑物；

提取三维模型中的目标建筑物，获得建筑部分和非建筑部分。

2.如权利要求1所述的三维模型的处理方法，其特征在于，所述预设的建筑化简比例比预设的非建筑化简比例低。

3.如权利要求1或2所述的三维模型的处理方法，其特征在于，所述三维模型的处理方法还包括：

根据提取的建筑部分中目标建筑物的密集程度，调整预设的建筑化简比例。

4.如权利要求1所述的三维模型的处理方法，其特征在于，所述提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分之前还包括：

对三维模型进行区域划分，获得多个待处理的区域块。

5.一种三维模型的处理系统，其特征在于，所述三维模型的处理系统包括：

特征提取模块，用于提取三维模型中的建筑特征，获得建筑部分和非建筑部分；

化简处理模块，用于基于预设的建筑化简比例对所述建筑部分进行化简处理，基于预设的非建筑化简比例对所述非建筑部分进行化简处理；

合并处理模块，用于将简化处理后的建筑部分和非建筑部分进行合并处理，获得新的三维模型；

其中，所述特征提取模块包括：

边缘检测单元，用于对三维模型中的建筑立面进行边缘检测，获得建筑物的目标边缘；

几何识别单元，用于基于预设的建筑物的几何特征，向目标边缘内部进行区域增长处理，获取目标建筑物；

分离单元，用于提取三维模型中的目标建筑物，获得建筑部分和非建筑部分。

6.如权利要求5所述的三维模型的处理系统，其特征在于，所述预设的建筑化简比例比预设的非建筑化简比例低。

7.如权利要求5或6所述的三维模型的处理系统，其特征在于，所述化简处理模块还用于：

根据提取的建筑部分中目标建筑物的密集程度，调整预设的建筑化简比例。

8.如权利要求5所述的三维模型的处理系统，其特征在于，所述三维模型的处理系统还包括：

区域划分模块，用于对三维模型进行区域划分，获得多个待处理的区域块。