CN107833273B - 基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法 - Google Patents

基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于人工三维仿真模型数据集的倾斜摄影三维模型对象化应用方法。涉及三维地理信息领域，对人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型坐标配准，遍历人工三维仿真模型数据集，获取人工三维仿真模型的底面投影信息，得到人工三维仿真模型的底面轮廓，并建立底面模型；利用人工三维仿真数据集，获得人工三维仿真模型的元数据信息，包括图层分类信息，模型ID信息等，修正后赋予底面模型，建立对象模型信息数据库；最后基于对象模型信息数据库，实现倾斜摄影三维模型的对象化，并应用于已有的应用模式或开展新的应用。通过以上步骤，本发明实现了利用人工三维仿真模型数据集的对象化模型信息，实现倾斜三维模型对象化及应用。

Description

基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法
技术领域
本发明涉及三维地理信息领域，特别是涉及一种基于人工三维仿真模型数据集的倾斜摄影三维模型对象化应用方法实现方法。
背景技术
倾斜摄影三维模型是近年来新兴的一种城市三维模型生产方式，其具有建模速度快，模型效果真实等优点，因而得到了广泛应用。由于倾斜模型是“表皮”模型，表面为连续的三角形格网，建筑、道路、植物等地物是连续而不分割的，因此在应用中，需要对倾斜模型进行对象化(或称单体化)。许多学者提出利用二维矢量面，在渲染层面利用动态的方式来实现倾斜模型的“假对象化”。
目前，获取用来进行对象化的矢量面方法有很多种，例如基于点云的提取或三角面轮廓检索，或已有地形图的方法。由于很多城市已建立了人工三维仿真模型数据库，而三维仿真模型是利用3ds max等建模软件对具体建筑、小品、道路等具体对象开展建模所得到的三维模型，因而已被识别为具体的地物对象，即模型已具有对象化信息，因此本专利提出了一种基于人工三维模型数据集的对象底面轮廓提取及对象化应用方法。
在传统数据集成管理时，按类别等需求实现了三维数据的分层分类管理，此时，若使用矢量面对新获取的倾斜模型进行对象化，需要收集整理矢量面数据，此时矢量数据不一定能获取到，同时，获取的矢量面可能需要一定的处理，例如矢量面文件的合并，接边处理，对应的模型ID可能有变化，可能需要重新分层分类等处理，其亟待解决。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利提出了一种基于人工三维仿真模型数据集的倾斜摄影三维模型对象化应用方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，包括如下步骤：
S1、对人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型坐标配准：根据所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型所采用的坐标信息、偏移值，将所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型移动至同一位置，两个数据集包含模型范围一致；
S2、遍历人工三维仿真模型数据集，获取人工三维仿真模型的底面投影信息，并建立底面模型；
S3、利用所述人工三维仿真模型数据集，获得人工三维仿真模型的元数据信息，包括图层分类信息，模型ID信息，赋予所述底面模型，建立对象模型信息数据库；
S4、开展对象化应用时，将所述对象模型信息数据库作为倾斜摄影模型数据库的应用数据库，与倾斜摄影模型数据库同时加载。
较佳的，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、获取所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型数据的坐标系统信息，偏移值；
S12、通过坐标变换实现倾斜摄影三维模型到人工三维仿真模型坐标配准；
S13、找出人工三维仿真模型数据与倾斜摄影测量模型数据变化的部分。
较佳的，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、设定人工三维仿真模型的包围盒为：BoundingBox(xmin,ymin,zmin,xmax,ymax,zmax)，包围盒半径为R，R≥0；xmin,ymin,zmin分别为包围盒BoundingBox在x,y,z方向上的最小值；xmax,ymax,zmax分别为包围盒BoundingBox在x,y,z方向上的最大值；
利用包围盒建立投影相机，相机投影方式为正交投影，相机位于上述人工三维仿真模型的包围盒BoundingBox中心的正上方，距离中心2R处，相机投影范围为所述人工三维仿真模型在XOY平面上投影的包围盒BoundingBox范围；
S22、利用渲染到纹理技术，根据人工三维仿真模型在XOY平面上投影的包围盒范围，得到人工三维仿真模型的下XOY平面上的投影图，为人工三维仿真模型底面投影纹理；
S23、对人工三维仿真模型底面投影纹理进行二值化，将有颜色的区域设置成W(255,255,255，255)，将其他区域设置成B(0,0,0,0)，从而实现在纹理上模型底面和非底面的区分；
S24、扩展模型底面，即扩展底面投影纹理中的白色像素边缘：
遍历原始像素，若当前像素为W，则同一位置的新像素为W；若为B，且四周相邻像素存在一个W，则将同一位置的新像素设置为W，否则依然为B；完成后得到底面纹理图；，所有像素遍历完，即将模型范围扩展了像素；
S25、建立底面模型。
较佳的，所述步骤S25按以下步骤进行：
利用底面纹理图对应的四个角点，根据所述相机的投影范围，得到四个角点对应的空间坐标，建立一个矩形，矩形采用的纹理为底面纹理图，该矩形称为底面模型；遍历人工三维仿真模型数据集，得到所有人工模型的底面纹理图的底面模型。
较佳的，所述步骤S25按以下步骤进行：根据底面纹理图，采用图像处理中提取轮廓线的方法，得到底面纹理图的矢量轮廓线，得到模型的底面轮廓线，利用轮廓线建立底面模型，纹理采用底面纹理图；同时，根据利用底面纹理图的四个角点对应的模型空间坐标，将矢量轮廓线从像素坐标转换到模型空间坐标系；并设置模型的ID为人工三维仿真模型的ID值；遍历人工三维仿真模型数据集，得到所有人工模型的底面轮廓，建立底面模型。
较佳的，所述步骤S3包括：
S31、遍历人工三维模型数据集中所有模型，得到每一个人工三维仿真模型数据集的图层信息，每个模型的底面范围、中心点等信息，此时每个底面模型的ID与人工模型ID一致；
S32、人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型变化的部分，新增的部分，重新绘制底面；拆除的部分，删除人工三维模型底面；
S33、将所有的底面模型，按照建立人工三维仿真模型的入库方法，进行数据集成入库，从而建立对象模型信息数据库，对象模型信息数据库的模型内容与人工三维仿真模型一致；
S34、获取人工三维模型数据集的元数据信息，所述元数据信息包括数据集覆盖范围，建立时间、坐标系；修改数据生成时间，性质以及范围，作为对象模型信息数据库的元数据。
本发明的有益效果是：本发明基于人工模型数据集具有的模型对象化信息，可以方便的实现对倾斜摄影三维模型的对象化，同时，对象化后的倾斜模型与采用的人工三维模型数据库模型ID、图层分类信息一致，可以直接用于已经利用人工三维模型建立的三维应用系统或开展新的应用。利用这种方式，能够作为矢量文件单体化方式的补充有效避免矢量文件丢失的问题，同时极大的提高了数据收集、管理的效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
一种基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，包括如下步骤：
S1、对人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型坐标配准：根据所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型所采用的坐标信息、偏移值，将所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型移动至同一位置，两个数据集包含模型范围一致；
S2、遍历人工三维仿真模型数据集(包含多个三维模型)，获取人工三维仿真模型的底面投影信息，并建立底面模型；
S3、利用所述人工三维仿真模型数据集，获得人工三维仿真模型的元数据信息，包括图层分类信息，模型ID信息等，所述图层分类信息包括道路、建筑图层，所述模型ID信息包括每个模型的ID号；赋予所述底面模型，建立对象模型信息数据库；
S4、开展对象化应用时，将所述对象模型信息数据库作为倾斜摄影模型数据库的应用数据库，与倾斜摄影模型数据库同时加载。
本实施例中，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、获取所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型数据的坐标系统信息，偏移值；
S12、通过坐标变换实现倾斜摄影三维模型到人工三维仿真模型坐标配准；
S13、找出人工三维仿真模型数据与倾斜摄影测量模型数据变化的部分。
本实施例中，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、设定人工三维仿真模型的包围盒为：BoundingBox(xmin,ymin,zmin,xmax,ymax,zmax)，包围盒半径为R，R≥0；xmin,ymin,zmin分别为包围盒BoundingBox在x,y,z方向上的最小值；xmax,ymax,zmax分别为包围盒BoundingBox在x,y,z方向上的最大值；
利用包围盒建立投影相机，相机投影方式为正交投影，相机位于上述人工三维仿真模型的包围盒BoundingBox中心的正上方，距离中心2R处，相机投影范围为所述人工三维仿真模型在XOY平面(水平面)上投影的包围盒BoundingBox范围；
S22、利用渲染到纹理技术，根据人工三维仿真模型在XOY平面上投影的包围盒范围，得到人工三维仿真模型的下XOY平面上的投影图，为人工三维仿真模型底面投影纹理；
S23、对人工三维仿真模型底面投影纹理进行二值化，将有颜色的区域(即表示模型的区域)设置成W(255,255,255，255)(RGBA，前三位为颜色分量，第四位是透明度)，将其他区域(空白区域，非模型区域)设置成B(0,0,0,0)，从而实现在纹理上模型底面和非底面的区分；
S24、扩展模型底面，即扩展底面投影纹理中的白色像素边缘：
遍历原始像素，若当前像素为W，则同一位置的新像素为W；若为B，且四周相邻像素存在一个W，则将同一位置的新像素设置为W，否则依然为B；完成后得到底面纹理图；，所有像素遍历完，即将模型范围扩展了像素；
S25、建立底面模型。
本实施例中，所述步骤S25按以下步骤进行：
利用底面纹理图对应的四个角点，根据所述相机的投影范围，得到四个角点对应的空间坐标(此处，图像坐标(s,t)到空间坐标(x,y,z)转换时，可利用XOY面上的投影范围，计算获得空间坐标的x和y分量，对于z值，取包围盒中心的z值，为(zmin+zmax)*0.5)，建立一个矩形，矩形采用的纹理为底面纹理图，该矩形称为底面模型；遍历人工三维仿真模型数据集，得到所有人工模型的底面纹理图的底面模型。该种方式简单易行，效率高。
在另一实施例中，所述步骤S25可以按以下步骤进行：根据底面纹理图，采用图像处理中提取轮廓线的方法，得到底面纹理图的矢量轮廓线，得到模型的底面轮廓线，利用轮廓线建立底面模型，纹理采用底面纹理图；同时，根据利用底面纹理图的四个角点对应的模型空间坐标，将矢量轮廓线从像素坐标转换到模型空间坐标系；并设置模型的ID为人工三维仿真模型的ID值；遍历人工三维仿真模型数据集，得到所有人工模型的底面轮廓，建立底面模型。该种方式相较本实施例所采用的方式，能够提高建模准确度。
本实施例中，所述步骤S3包括：
S31、遍历人工三维模型数据集中所有模型，得到每一个人工三维仿真模型数据集的图层信息，每个模型的底面范围、中心点等信息，此时每个底面模型的ID与人工模型ID一致；
S32、人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型变化的部分，新增的部分，重新绘制底面；拆除的部分，删除人工三维模型底面；
S33、将所有的底面模型，按照建立人工三维仿真模型的入库方法，进行数据集成入库，从而建立对象模型信息数据库，对象模型信息数据库的模型内容与人工三维仿真模型一致；
S34、获取人工三维模型数据集的元数据信息，所述元数据信息包括数据集覆盖范围，建立时间、坐标系；修改数据生成时间，性质以及范围，作为对象模型信息数据库的元数据。
人工三维仿真模型是对象化(或称单体化)的模型，基于人工三维仿真模型，已开展了诸多应用。而倾斜摄影三维模型数据库存储的是原始倾斜摄影模型数据，是表皮模型，不具有对象化信息，难以开展应用。因此，本发明基于人工三维仿真模型数据获得了模型底面，模型ID与模型分层等模型对象化信息，从而利用对象模型信息数据库加倾斜摄影模型数据库，实现倾斜摄影模型的对象化应用。为了实现倾斜摄影三维模型数据的对象化应用，将倾斜摄影模型与对象模型信息同时加载，在场景中，基于对象化信息，利用动态单体化(对象化)技术，可以实现在倾斜摄影“表皮”模型划定建筑、道路、植被等模型对象，实现模型的选中、变色、显示和隐藏，挂接属性以及图层开关控制。从而实现倾斜摄影模型数据集与人工三维模型数据集相同的对象化应用效果(模型分层控制，选中单个模型对象，显示隐藏，挂接属性等)，从而实现倾斜摄影三维模型的对象化应用。
这种方式，实现了利用倾斜摄影模型也可以实现已有的人工三维仿真模型的应用。此外，在这种方式下，倾斜摄影模型与对象化模型信息是对立的两个数据集，不影响倾斜模型的正常加载，同时，当倾斜摄影模型数据更新时，可以根据对象化模型的叠加，找到变化的区域，并利用人工模型、手工勾画底面或外业测量得到的底面，更新底面模型，进而更新模型的对象化信息
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型坐标配准：根据所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型所采用的坐标信息、偏移值，将所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型移动至同一位置，两个数据集包含模型范围一致；
S2、遍历人工三维仿真模型数据集，获取人工三维仿真模型的底面投影信息，并建立底面模型；
S3、利用所述人工三维仿真模型数据集，获得人工三维仿真模型的元数据信息，包括图层分类信息，模型ID信息，赋予所述底面模型，建立对象模型信息数据库；
S4、开展对象化应用时，将所述对象模型信息数据库作为倾斜摄影模型数据库的应用数据库，与倾斜摄影模型数据库同时加载。
2.如权利要求1所述的基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S11、获取所述人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型数据的坐标系统信息，偏移值；
S12、通过坐标变换实现倾斜摄影三维模型到人工三维仿真模型坐标配准；
S13、找出人工三维仿真模型数据与倾斜摄影测量模型数据变化的部分。
3.如权利要求1所述的基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、设定人工三维仿真模型的包围盒为：BoundingBox(xmin,ymin,zmin,xmax,ymax,zmax)，包围盒半径为R，R≥0；xmin,ymin,zmin分别为包围盒BoundingBox在x,y,z方向上的最小值；xmax,ymax,zmax分别为包围盒BoundingBox在x,y,z方向上的最大值；
利用包围盒建立投影相机，相机投影方式为正交投影，相机位于上述人工三维仿真模型的包围盒BoundingBox中心的正上方，距离中心2R处，相机投影范围为所述人工三维仿真模型在XOY平面上投影的包围盒BoundingBox范围；
S22、利用渲染到纹理技术，根据人工三维仿真模型在XOY平面上投影的包围盒范围，得到人工三维仿真模型的下XOY平面上的投影图，为人工三维仿真模型底面投影纹理；
S23、对人工三维仿真模型底面投影纹理进行二值化，将有颜色的区域设置成W(255,255,255，255)，将其他区域设置成B(0,0,0,0)，从而实现在纹理上模型底面和非底面的区分；
S24、扩展模型底面，即扩展底面投影纹理中的白色像素边缘：
遍历原始像素，若当前像素为W，则同一位置的新像素为W；若为B，且四周相邻像素存在一个W，则将同一位置的新像素设置为W，否则依然为B；完成后得到底面纹理图；所有像素遍历完，即将模型范围扩展了像素；
S25、建立底面模型。
4.如权利要求3所述的基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，其特征在于：所述步骤S25按以下步骤进行：
利用底面纹理图对应的四个角点，根据所述相机的投影范围，得到四个角点对应的空间坐标，建立一个矩形，矩形采用的纹理为底面纹理图，该矩形称为底面模型；遍历人工三维仿真模型数据集，得到所有人工三维仿真模型的底面纹理图的底面模型。
5.如权利要求3所述的基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，其特征在于：
所述步骤S25按以下步骤进行：根据底面纹理图，采用图像处理中提取轮廓线的方法，得到底面纹理图的矢量轮廓线，得到模型的底面轮廓线，利用轮廓线建立底面模型，纹理采用底面纹理图；同时，根据利用底面纹理图的四个角点对应的模型空间坐标，将矢量轮廓线从像素坐标转换到模型空间坐标系；并设置模型的ID为人工三维仿真模型的ID值；
遍历人工三维仿真模型数据集，得到所有人工三维仿真模型的底面轮廓，建立底面模型。
6.如权利要求1所述的基于三维仿真模型的倾斜摄影三维模型对象化应用方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S31、遍历人工三维仿真模型数据集中所有模型，得到每一个人工三维仿真模型数据集的图层信息，每个模型的底面范围、中心点等信息，此时每个底面模型的ID与人工三维仿真模型ID一致；
S32、人工三维仿真模型与倾斜摄影三维模型变化的部分，新增的部分，重新绘制底面；拆除的部分，删除人工三维仿真模型底面；
S33、将所有的底面模型，按照建立人工三维仿真模型的入库方法，进行数据集成入库，从而建立对象模型信息数据库，对象模型信息数据库的模型内容与人工三维仿真模型一致；
S34、获取人工三维仿真模型数据集的元数据信息，所述元数据信息包括数据集覆盖范围，建立时间、坐标系；修改数据生成时间，性质以及范围，作为对象模型信息数据库的元数据。
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