CN106331676B - 基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法 - Google Patents

基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法 Download PDF

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本发明涉及一种基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其属于数据传输领域，采用如下步骤实现：步骤一、三维点云数据采集端获得被采集实物上的三维点云数据；步骤二、所述三维点云数据采集端对步骤一采集到的所述三维点云数据进行处理与压缩，得到三维网络格式的数据；步骤三、由虚拟现实环境客户端根据所述步骤二中三维点云数据采集端发送至虚拟现实环境客户端的三维网络格式的数据重构三维图像。本发明通过使用树形数据结构对三维点云中局部特征进行分类整理，使三维点云数据采集端与虚拟现实环境客户端之间的数据处理与传输过程具备了自我调整的能力，从而保证了虚拟现实环境客户端在呈现远程内容时的效率。

Description

基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法
技术领域
本发明涉及一种基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其属于数据传输领域。
背景技术
网络购物近年来成为零售业的主流方式，已经广泛被消费者所接受。网购过程中的商品描述，往往还局限在商品照片，视频及文字描述的阶段，通过三维扫描与三维重构技术，为商品与卖家建立动态三维模型已成为网购经济下商品描述新的手段与增长点。
通过网络购物可以使用户交易实物用品与在网络游戏下使用的虚拟道具。
而传统的网络游戏基于纯虚拟道具的设计与数字化，客户机在安装网络游戏客户端软件时已经拥有虚拟道具的造型数据。通过在服务器与客户机之间保持网络通信，用户在客户机上产生的和虚拟道具之间的交互操作数据传输至服务器，再由服务器分发至其他客户机，以使虚拟道具的状态数据在网络游戏中全网同步，而并非时刻需要在用户间传输虚拟道具的造型数据。这种基于网络游戏模式的交互内容共享架构不需要考虑并兼顾基于动态实物数字化业务的，针对实物特征进行三维造型数据优化与传输的新需求。
在虚拟现实环境中，网络用户既可以销售与购买产品，也可以进行交互娱乐，因此，把三维点云数据采集端采集到的，能够清楚描述用户与实物造型的三维点云数据有效进行处理与传输的方法便成为必不可少的虚拟现实技术环节。
当虚拟现实环境客户端由于基础带宽、运算性能或突发网络连接质量的变化不能满足虚拟现实环境客户端绘图刷新率要求，从而造成虚拟现实环境客户端画面帧率降低时，处于虚拟现实环境中的头戴显示器用户会感到极度不适，这时虚拟现实环境客户端或三维点云数据采集端便需要主动对三维数据包长度与基于时间轴的数据包传输密度进行调整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种使用便捷高效，能够自动平衡三维点云数据采集端发至虚拟现实环境客户端的三维数据包长度、虚拟现实环境客户端三维数据成像精度和成像帧速、虚拟现实环境客户端和三维点云数据采集端的三维数据运算处理能力的基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其具体包括如下步骤：
步骤一、三维点云数据采集端获得被采集实物上的三维点云数据；
步骤二、所述三维点云数据采集端对步骤一采集到的所述三维点云数据进行处理与压缩，得到三维网络格式的数据；
步骤三、由虚拟现实环境客户端根据所述步骤二中三维点云数据采集端发送至虚拟现实环境客户端的三维网络格式的数据重构三维图像。
进一步的，所述三维顶点包括多边形顶点和曲面控制点，所述纹理贴图包括多边形贴图和曲面贴图。
进一步的，所述步骤二对步骤一采集到的三维点云数据进行处理与压缩采用的是阶梯式的处理与压缩的方法，其具体方法如下：
步骤2-1、将三维点云数据进行整理分析，根据三维点云中点的相对位置、点的相对颜色、分辨率设置和被采集实物的三维点云特征样本数据，得出被采集实物的局部特征树状分类列表；所述被采集实物的局部特征树状分类列表为三维点云整体与局部的逻辑关系分类列表，所述被采集实物的局部特征树状分类列表中的节点包含三维点云中的多点数据。
步骤2-2、所述三维点云数据采集端逐一处理被采集实物的局部特征树状分类列表中的节点，使用节点中多点数据的点间距、点颜色、点透明度、压缩比例等属性，生成三维顶点网络压缩数据和三维顶点网络上的纹理贴图压缩数据，并用其替换当前节点下的多点数据，使被采集实物的局部特征树状分类列表最终成为步骤二中所述的三维网络格式的数据。
进一步的，所述被采集实物的局部特征树状分类列表中父节点中的多点数据范围覆盖了子节点中的多点数据范围。
进一步的，所述步骤二中三维顶点网络压缩数据包括顶点颜色与透明度、顶点三维坐标、顶点纹理贴图坐标与三角形数据，所述三角形数据中包含指向顶点数据的顶点索引数据。
进一步的，所述虚拟现实环境客户端可根据用户相机位置、虚拟现实环境客户端与三维点云数据采集端之间的通信带宽、虚拟现实环境客户端自身的数据处理能力以及数据传输参数设置的情况通知三维点云数据采集端是否发出三维网络格式的数据中某一分支树或子节点信息至虚拟现实环境客户端；所述虚拟现实环境客户端根据所述用户相机位置、虚拟现实环境客户端与三维点云数据采集端之间的通信带宽、虚拟现实环境客户端自身的数据处理能力以及数据传输参数设置的情况决定是否处理三维网络格式的数据中某一分支树或子节点信息。
进一步的，所述三维网络格式的数据以组播或点对点的方式在三维点云数据采集端和虚拟现实环境客户端之间传输与分享。
进一步的，所述三维点云数据采集端包括专门用于处理、接收、缓存与分发三维点云数据与三维网络格式的数据的服务器。
进一步的，所述步骤一中三维点云数据采集端获得被采集实物上的三维点云数据的具体方法包括：通过平面摄像机与基于多视点图像的三维重构算法、激光扫描仪或深度传感器的方式获得来被采集实物上的三维点云数据。
本发明的有益效果如下：
本发明实现了一种在三维实物数据采集与传输需求的业务中处理数据与传输数据的标准方法，通过使用树形数据结构对三维点云中局部特征进行分类整理，使三维点云数据采集端与虚拟现实环境客户端之间的数据处理与传输过程具备了自我调整的能力，从而保证了虚拟现实环境客户端在呈现远程内容时的效率，使虚拟现实用户能够在虚拟现实空间中连续体验虚拟现实环境带来的便捷与欢乐。
本发明能够自动平衡三维点云数据采集端发至虚拟现实环境客户端的三维数据包长度、虚拟现实环境客户端三维数据成像精度和成像帧速以及虚拟现实环境客户端和三维点云数据采集端的三维数据运算处理能力。
本发明能够使虚拟现实技术在网络购物，三维数字娱乐，医学远程协助，网络会议，三维数字内容分享等应用场景中运行更加流畅，且不损失局部必要的三维数据细节。
附图说明
图1为本发明的步骤二将采集到的三维点云数据进行处理与压缩中步骤2-1的逻辑原理框图。
图2为本发明的步骤二将采集到的三维点云数据进行处理与压缩中步骤2-2的逻辑原理框图
图3为本发明的实施例2的逻辑原理框图。
图4为本发明的实施例3的逻辑原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和图1-图4对本发明做进一步说明。
本实施例1通过如下步骤实现了基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法：
步骤一、三维点云数据采集端获得被采集实物上的三维点云数据；
步骤二、所述三维点云数据采集端对步骤一采集到的所述三维点云数据进行处理与压缩，得到三维网络格式的数据；
步骤三、由虚拟现实环境客户端根据所述步骤二中三维点云数据采集端发送至虚拟现实环境客户端的三维网络格式的数据重构三维图像。
参照图1和图2，所述步骤二对步骤一采集到的三维点云数据进行处理与压缩采用的是阶梯式的处理与压缩的方法，其具体方法如下：
步骤2-1、将三维点云数据进行整理分析，根据三维点云中点的相对位置、点的相对颜色、分辨率设置和被采集实物的三维点云特征样本数据，得出被采集实物的局部特征树状分类列表；所述被采集实物的局部特征树状分类列表为三维点云整体与局部的逻辑关系分类列表，所述被采集实物的局部特征树状分类列表中的节点包含三维点云中的多点数据。
步骤2-2、所述三维点云数据采集端逐一处理被采集实物的局部特征树状分类列表中的节点，使用节点中多点数据的点间距、点颜色、点透明度、压缩比例等属性，生成三维顶点网络压缩数据和三维顶点网络上的纹理贴图压缩数据，并用其替换当前节点下的多点数据，使被采集实物的局部特征树状分类列表最终成为步骤二中所述的三维网络格式的数据。
进一步的，所述三维顶点包括多边形顶点和曲面控制点，所述纹理贴图包括多边形贴图和曲面贴图。
进一步的，所述被采集实物的局部特征树状分类列表中父节点中的多点数据范围覆盖了子节点中的多点数据范围。
进一步的，所述步骤二中三维顶点网络压缩数据包括顶点颜色与透明度、顶点三维坐标、顶点纹理贴图坐标与三角形数据，所述三角形数据中包含指向顶点数据的顶点索引数据。
进一步的，所述虚拟现实环境客户端可根据用户相机位置、虚拟现实环境客户端与三维点云数据采集端之间的通信带宽、虚拟现实环境客户端自身的数据处理能力以及数据传输参数设置的情况通知三维点云数据采集端是否发出三维网络格式的数据中某一分支树或子节点信息至虚拟现实环境客户端；所述虚拟现实环境客户端根据所述情况决定是否处理三维网络格式的数据中某一分支树或子节点信息。
进一步的，所述三维网络格式的数据以组播或点对点的方式在三维点云数据采集端和虚拟现实环境客户端之间传输与分享。
进一步的，所述三维点云数据采集端包括专门用于处理、接收、缓存与分发三维点云数据与三维网络格式的数据的服务器。
进一步的，所述步骤一中三维点云数据采集端获得被采集实物上的三维点云数据的具体方法包括：通过平面摄像机与基于多视点图像的三维重构算法、激光扫描仪或深度传感器的方式获得来被采集实物上的三维点云数据。
参照图3，实施例2描述如下一种实现方案：
某虚拟现实环境客户端参数设置头戴显示器刷新率需要达到60帧/秒，此虚拟现实环境客户端的数据处理能力为每帧画面包括150k顶点数据总量，2M贴图数据总量的情况下保证60帧/秒，但三维点云数据采集端发至此虚拟现实环境客户端的三维网络格式的数据包括250k顶点数据总量，5m贴图数据总量，此虚拟现实环境客户端收到的三维网络格式的数据中的分支树C下，结点C+F+G的数据长度总和为200k顶点数据总量，4m贴图数据总量，故此虚拟现实环境客户端不处理分支树C，即只处理每帧画面包括50k顶点数据总量，1m贴图数据总量的情况，可保证60帧/秒以上的画面刷新率。
某虚拟现实环境客户端参数设置头戴显示器刷新率需要达到60帧/秒，三维点云数据采集端与此虚拟现实环境客户端之间的带宽为(2048k+150k)*30=65940k/秒，但三维点云数据采集端发至此虚拟现实环境客户端的三维网络格式数据包括250k顶点数据总量，5m贴图数据总量，即带宽只能保证当前三维网络格式的数据长度下，12帧/秒的数据传输速度。当前三维点云数据采集端发至此虚拟现实环境客户端网络格式数据中的分支树C下，节点C+F+G的数据长度总和为200k顶点数据总量，4m贴图数据总量，故此虚拟现实环境客户端通知三维点云数据采集端不再发送分支树C至此虚拟现实环境客户端，即只发送每帧画面包括(250k-200k)+(5m-4m) = 1074k 数据总量至此客户端，可保证三维点云数据采集端与此虚拟现实环境客户端之间65940/1074=61帧/秒以上的数据传输速度。
参照图4，实施例3描述如下一种实现方案：
某虚拟现实环境客户端中用户相机坐标与节点D中所有顶点加权平均坐标之间的距离为500个单位，此虚拟现实环境客户端中数据传输参数规定不处理来自三维点云采集端的三维网络格式数据中与用户相机坐标大于400个距离单位的节点，故在用户相机坐标不变的情况下，此客户端通知三维点云采集端不再在其发至此客户端中的三维网络格式数据中包括节点D及其分支树数据。
上述具体的实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，并不能作为对权利要求保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上进行任何简单的替换、变形而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其特征在于：其包括如下步骤：
步骤一、三维点云数据采集端获得被采集实物上的三维点云数据；
步骤二、所述三维点云数据采集端对步骤一采集到的所述三维点云数据进行处理与压缩，得到三维网络格式的数据；
步骤三、由虚拟现实环境客户端根据所述步骤二中三维点云数据采集端发送至虚拟现实环境客户端的三维网络格式的数据重构三维图像；
所述虚拟现实环境客户端可根据用户相机位置、虚拟现实环境客户端与三维点云数据采集端之间的通信带宽、虚拟现实环境客户端自身的数据处理能力以及数据传输参数设置的情况通知三维点云数据采集端是否发出三维网络格式的数据中某一分支树或子节点信息至虚拟现实环境客户端；所述虚拟现实环境客户端根据所述情况决定是否处理三维网络格式的数据中某一分支树或子节点信息。
2.根据权利要求1所述基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其特征在于：所述步骤二对步骤一采集到的三维点云数据进行处理与压缩采用的是阶梯式的处理与压缩的方法，其具体方法如下：
步骤2-1、将三维点云数据进行整理分析，根据三维点云中点的相对位置、点的相对颜色、分辨率设置和被采集实物的三维点云特征样本数据，得出被采集实物的局部特征树状分类列表；所述被采集实物的局部特征树状分类列表为三维点云整体与局部的逻辑关系分类列表，所述被采集实物的局部特征树状分类列表中的节点包含三维点云中的多点数据；
步骤2-2、所述三维点云数据采集端逐一处理被采集实物的局部特征树状分类列表中的节点，使用节点中多点数据的点间距、点颜色、点透明度、压缩比例属性，生成三维顶点网络压缩数据和三维顶点网络上的纹理贴图压缩数据，并用其替换当前节点下的多点数据，使被采集实物的局部特征树状分类列表最终成为步骤二中所述的三维网络格式的数据；
所述三维顶点包括多边形顶点和曲面控制点，所述纹理贴图包括多边形贴图和曲面贴图。
3.根据权利要求2所述基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其特征在于：所述被采集实物的局部特征树状分类列表中父节点中的多点数据范围覆盖了子节点中的多点数据范围。
4.根据权利要求2所述基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其特征在于：所述步骤二中三维顶点网络压缩数据包括顶点颜色与透明度、顶点三维坐标、顶点纹理贴图坐标与三角形数据，所述三角形数据中包含指向顶点数据的顶点索引数据。
5.根据权利要求1所述基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其特征在于：所述三维网络格式的数据以组播或点对点的方式在三维点云数据采集端和虚拟现实环境客户端之间传输与分享。
6.根据权利要求1所述基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其特征在于：所述三维点云数据采集端包括专门用于处理、接收、缓存与分发三维点云数据与三维网络格式的数据的服务器。
7.根据权利要求1所述基于虚拟现实环境的三维数据的处理与传输方法，其特征在于：所述步骤一中三维点云数据采集端获得被采集实物上的三维点云数据的具体方法包括：通过平面摄像机与基于多视点图像的三维重构算法、激光扫描仪或深度传感器的方式获得来被采集实物上的三维点云数据。
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