CN107895048A - 一种基于实景三维的快速出图方法 - Google Patents

一种基于实景三维的快速出图方法 Download PDF

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Abstract

本发明旨在提供一种基于实景三维的快速出图方法，包括：A、在三维应用平台中导入实景三维模型；B、设定出图的范围、出图分辨率、最大高度、相机的方位角以及俯仰角；C、依据出图范围大小，计算得到各个瓦片坐标，计算虚拟相机拍摄路线的起始点以及行列方向步长，制定相机拍摄路线；D、根据相机拍摄路线计算得到瓦片的行列方向块数、单个瓦片的像素尺寸以及输出地图的像素宽与高；E、提取各个瓦片中心坐标，计算对应相机位置，依次调度对各瓦片对应的三维图形数据；F、将各三维图形数据进行渲染并写入输出地图中对应的瓦片范围内，即得所需的2.5维图像。该方法克服现有技术运算复杂、耗时长的缺陷，具有运算简便、实时性高的特点。

Description

一种基于实景三维的快速出图方法
技术领域
本发明涉及地图生成领域，具体涉及一种基于实景三维的快速出图方法。
背景技术
倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。
实景三维建模技术是根据一系列二维像片，或者一组倾斜影像，自动生成高分辨率的、带有逼真纹理贴图的三维模型。如果倾斜像片带有坐标信息，那么模型的地理位置信息也是准确的。这种模型效果逼真，要素全面，而且具有测量精度，不仅带给人身临其境之感还可用于测量应用，是现实世界的真实还原。
近年来，随着计算机和网络技术的迅速发展，以地理信息技术(GIS)为基础的各种地图应用和地图服务已经走进人们的日常生活，由于二维纸质地图在表达上具有不够直观，地图上负载的空间信息少等缺点，已经远远不能满足人们日益增长的应用需求和信息需求，基于地理信息技术的二维电子地图便应运而生。现阶段已经有很多成熟的二维电子地图产品。二维电子地图不仅可以进行分层显示，信息查询，各种空间分析，还可以根据需求定制个人和行业的各种专题地图。但是二维地图始终是对现实世界的一种高度抽象表示，并不能真实完整地反映现实世界，于是采用三维的形式对现实世界进行表达成为当下GIS发展的一个热门方向。但是，由于三维的理论和技术远比二维复杂，再加之受软硬件条件的限制，其研究和应用仍处于不断探索中，有很多问题待解决。随着WebGIS技术和移动GIS技术为基础的地图服务逐渐成为GIS行业的主流，地图产品要求建设成本低廉和网络传输速度快等特点，三维地图产品的应用更加受到限制。因此一种基于侧轴投影的数字侧视地图产品：2.5维电子地图应运而生。
2.5维电子地图是将三维立体图像按照一定的投影规则映射到某一个平面上，以展示三维立体效果的二维图形。而现有技术2.5维电子地图的生成方法普遍存在运算复杂、耗时长的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种基于实景三维的快速出图方法，该方法克服现有技术运算复杂、耗时长的缺陷，具有运算简便、实时性高的特点。
本发明的技术方案如下：
一种基于实景三维的快速出图方法，包括以下步骤：
A、在三维应用平台中导入实景三维地图；
B、设定待输出地图的范围坐标、出图分辨率、最大高度、虚拟相机的方位角以及俯仰角；
C、定义待输出地图中的瓦片的长和宽，依据地图范围坐标所划定的出图范围，获得出图范围内的各个瓦片坐标，选择输出的地图中顶角作为虚拟相机拍摄路线行列方向的起始点，获得起始点所在的顶角坐标，进而计算出虚拟相机拍摄路线行列方向步长，从而获得虚拟相机拍摄路线：
根据相机拍摄路线行列方向步长和单个瓦片的长和宽，计算得到拍摄路线上行列方向的瓦片块数，进而计算得到待输出地图的长和宽，根据待输出地图的长和宽在三维应用平台中形成待输出地图的空白图，空白图坐标与实景三维地图坐标一致；
E、根据各个瓦片坐标和各个瓦片的长宽，计算出瓦片的中心点坐标，依据各个瓦片的中心点坐标计算其所对应的虚拟相机坐标，然后依据相机坐标和预设的相机方位角和俯仰角参数，获得各个瓦片的中心点对应的相机参数，虚拟相机根据相机参数以及虚拟相机拍摄路线对各个瓦片依次进行扫描，获得各个瓦片对应的实景三维地图中的部分数据；
F、将各个瓦片对应的实景三维地图图像数据以正射投影的方式分别渲染至纹理图像上，将各个瓦片的纹理图像写入输出地图的空白图中对应的瓦片范围之内，全部纹理图像写入后，总图即为所需的2.5维图像。
优选地，所述的步骤A具体为：
三维应用平台新建球面场景，读取实景三维模型中的瓦片文件，并指定配置文件生成路径；
读取实景三维模型XML文件中的瓦块原点坐标，复制并作为配置文件的中心坐标；
将文件坐标投影设置为与实景三维模型坐标一致，将OSGB数据添加到普通图层，完成实景三维模型导入三维应用平台。
优选地，所述的步骤C具体为：
设定每一瓦片数据的像素宽、高分别为w、h；
则对应的实际宽、高分别为：
rW＝w*r (1)；
rH＝h*r (2)；
其中r为出图分辨率，rW为瓦片的实际宽，rH为瓦片的实际高；
则相机拍摄路线行列方向的起始点位置分别为：
StartX＝xMin (3)；
StartY＝yMax (4)；
其中StartX为起始点的x坐标，StartY为起始点的y坐标；xMin为出图范围的x坐标最小值，yMax为出图范围的y坐标最大值；
相机拍摄路线行列方向步长分别为：
StepX＝rW (5)；
其中StepX为相机拍摄路线行方向的步长，其中StepY为相机拍摄路线列方向的步长，t为俯仰角。
优选地，所述的步骤D具体为：
瓦片的行列方向块数分别为：
其中xMax为出图范围的x坐标最大值，yMin为出图范围的y坐标最小值，表示向上取整；
空白图的像素宽与高分别为：
IW＝BSX*w (9)；
IH＝BSY*h (10)；
其中IW为空白图的像素宽，IH为空白图的像素高。
优选地，所述的步骤E具体为：
瓦片的中心坐标为：
CXi＝xMin+(i+0.5)*StepX(i＝0，1，2...) (11)；
CYj＝yMax+(j+0.5)*StepY(j＝0，1，2...) (12)；
其中CXi为第i行第j列对应的瓦片的中心的x坐标，CYj为第i行第j列对应的瓦片的中心的y坐标；
对应相机位置为：
CPX＝CXi (13)；
CPY＝CYi-(hmax-hmin)*tan(t) (14)；
其中CPX为相机位置的x坐标，CPY为相机位置的y坐标，hmax为场景的最大高度，hmin为场景的基准高度，相机的高度即为hmax。
本发明2.5维地图弥补了二维GIS图形表现的局限性，避免了三维GIS系统技术难度大成本高的问题，兼具空间的表现性以及实现的便利性，集二维、三维图形的优点并舍去其缺点；并且，本发明方案能够根据用户要求设定方位角及俯仰角，能够全方位反映图形中的空间情况具有便利性和全面性。
附图说明
图1为本发明基于实景三维的快速出图方法的流程图；
图2为本发明基于实景三维的快速出图方法的瓦片及行方向步长示意图；
图3为本发明基于实景三维的快速出图方法的列方向步长示意图；
图4为本发明基于实景三维的快速出图方法的瓦片中心点及相机位置示意图；
图5为本发明实施例1的实景三维模型示意图；
图6为本发明实施例1输出的方位角为0度的2.5维图像；
图7为本发明实施例1输出的方位角为90度的2.5维图像；
图8为本发明实施例1输出的方位角为180度的2.5维图像；
图9本发明实施例1输出的方位角为270度的2.5维图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体说明本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的基于实景三维的快速出图方法，包括以下步骤：
A、在三维应用平台中导入实景三维模型；
具体为：
三维应用平台新建球面场景，读取实景三维模型中的瓦片文件，并指定配置文件生成路径；
读取实景三维模型XML文件中的瓦块原点坐标，复制并作为配置文件的中心坐标；
将文件坐标投影设置为与实景三维模型坐标一致，将OSGB数据添加到普通图层，完成实景三维模型导入三维应用平台；
B、设定待输出地图的范围坐标、出图分辨率、最大高度、虚拟相机的方位角以及俯仰角；
C、定义待输出地图中的瓦片的长和宽，依据地图范围坐标所划定的出图范围，获得出图范围内的各个瓦片坐标，选择输出的地图中顶角作为虚拟相机拍摄路线行列方向的起始点，获得起始点所在的顶角坐标，进而计算出虚拟相机拍摄路线行列方向步长，从而获得虚拟相机拍摄路线：
具体为：
设定每一瓦片数据的像素宽、高分别为w、h；
则对应的实际宽、高分别为：
rW＝w*r (1)；
rH＝h*r (2)；
其中r为出图分辨率，rW为瓦片的实际宽，rH为瓦片的实际高；
则相机拍摄路线行列方向的起始点位置分别为：
StartX＝xMin (3)；
StartY＝yMax (4)；
其中StartX为起始点的x坐标，StartY为起始点的y坐标；xMin为出图范围的x坐标最小值，yMax为出图范围的y坐标最大值；
相机拍摄路线行列方向步长分别为：
StepX＝rW (5)；
其中StepX为相机拍摄路线行方向的步长，其中StepY为相机拍摄路线列方向的步长，t为俯仰角；
根据相机拍摄路线行列方向步长和单个瓦片的长和宽，计算得到拍摄路线上行列方向的瓦片块数，进而计算得到待输出地图的长和宽，根据待输出地图的长和宽在三维应用平台中形成待输出地图的空白图，空白图坐标与实景三维地图坐标一致；
具体为：
瓦片的行列方向块数分别为：
其中xMax为出图范围的x坐标最大值，yMin为出图范围的y坐标最小值，表示向上取整；
总图的像素宽与高分别为：
IW＝BSX*w (9)；
IH＝BSY*h (10)；
其中IW为总图的像素宽，IH为总图的像素高；
E、根据各个瓦片坐标和各个瓦片的长宽，计算出瓦片的中心点坐标，依据各个瓦片的中心点坐标计算其所对应的虚拟相机坐标，然后依据相机坐标和预设的相机方位角和俯仰角参数，获得各个瓦片的中心点对应的相机参数，虚拟相机根据相机参数以及虚拟相机拍摄路线对各个瓦片依次进行扫描，获得各个瓦片对应的实景三维地图中的部分数据；
具体为：
瓦片的中心坐标为：
CXi＝xMin+(i+0.5)*StepX(i＝0，1，2...) (11)；
CYj＝yMax+(j+0.5)*StepY(j＝0，1，2...) (12)；
其中CXi为第i行第j列对应的瓦片的中心的x坐标，CYj为第i行第j列对应的瓦片的中心的y坐标；
对应相机位置为：
CPX＝CXi (13)；
CPY＝CYi-(hmax-hmin)*tan(t) (14)；
其中CPX为相机位置的x坐标，CPY为相机位置的y坐标，hmax为场景的最大高度，hmin为场景的基准高度，相机的高度即为hmax；
F、将各个瓦片对应的实景三维地图图像数据以正射投影的方式分别渲染至纹理图像上，将各个瓦片的纹理图像写入输出地图的空白图中对应的瓦片范围之内，全部纹理图像写入后，总图即为所需的2.5维图像。
本实施例采用图5所示的实景三维模型，经过本实施例方法进行2.5维出图，出图参数设置为：分辨率0.5米，最大高度400米，俯仰角为45度，方位角分别为0度、90度、180度、270度，其中0度为正北方向，方位角为0度、90度、180度、270度的2.5维图像分别如图6-9所示。

Claims (5)

1.一种基于实景三维的快速出图方法，其特征在于包括以下步骤：
A、在三维应用平台(超图、睿城传奇等)中导入实景三维地图；
B、设定待输出地图的范围坐标、出图分辨率、最大高度、虚拟相机的方位角以及俯仰角；
C、定义待输出地图中的瓦片的长和宽，依据地图范围坐标所划定的出图范围，获得出图范围内的各个瓦片坐标，选择输出的地图中顶角作为虚拟相机拍摄路线行列方向的起始点，获得起始点所在的顶角坐标，进而计算出虚拟相机拍摄路线行列方向步长，从而获得虚拟相机拍摄路线；
D、根据相机拍摄路线行列方向步长和单个瓦片的长和宽，计算得到拍摄路线上行列方向的瓦片块数，进而计算得到待输出地图的长和宽，根据待输出地图的长和宽在三维应用平台中形成待输出地图的空白图，空白图坐标与实景三维地图坐标一致；
E、根据各个瓦片坐标和各个瓦片的长宽，计算出瓦片的中心点坐标，依据各个瓦片的中心点坐标计算其所对应的虚拟相机坐标，然后依据相机坐标和预设的相机方位角和俯仰角参数，获得各个瓦片的中心点对应的相机参数，虚拟相机根据相机参数以及虚拟相机拍摄路线对各个瓦片依次进行扫描，获得各个瓦片对应的实景三维地图中的部分数据；
F、将各个瓦片对应的实景三维地图图像数据以正射投影的方式分别渲染至纹理图像上，将各个瓦片的纹理图像写入输出地图的空白图中对应的瓦片范围之内，全部纹理图像写入后，总图即为所需的2.5维图像。
2.如权利要求1所述的基于实景三维的快速出图方法，其特征在于：
所述的步骤A具体为：
三维应用平台新建球面场景，读取实景三维模型中的瓦片文件，并指定配置文件生成路径；
读取实景三维模型XML文件中的瓦块原点坐标，复制并作为配置文件的中心坐标；
将文件坐标投影设置为与实景三维模型坐标一致，将OSGB数据添加到普通图层，完成实景三维模型导入三维应用平台。
3.如权利要求1所述的基于实景三维的快速出图方法，其特征在于：
所述的步骤C具体为：
设定每一瓦片数据的像素宽、高分别为w、h；
则对应的实际宽、高分别为：
rW＝w*r (1)；
rH＝h*r (2)；
其中r为出图分辨率，rW为瓦片的实际宽，rH为瓦片的实际高；
则相机拍摄路线行列方向的起始点位置分别为：
StartX＝xMin (3)；
StartY＝yMax (4)；
其中StartX为起始点的x坐标，StartY为起始点的y坐标；xMin为出图范围的x坐标最小值，yMax为出图范围的y坐标最大值；
相机拍摄路线行列方向步长分别为：
StepX＝rW (5)；
<mrow> <mi>S</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>p</mi> <mi> </mi> <mi>Y</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>r</mi> <mi>W</mi> </mrow> <mrow> <mi>cos</mi> <mi> </mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
其中StepX为相机拍摄路线行方向的步长，其中StepY为相机拍摄路线列方向的步长，t为俯仰角。
4.如权利要求1所述的基于实景三维的快速出图方法，其特征在于：
所述的步骤D具体为：
瓦片的行列方向块数分别为：
其中xMax为出图范围的x坐标最大值，yMin为出图范围的y坐标最小值，表示向上取整；
空白图的像素宽与高分别为：
IW＝BSX*w (9)；
IH＝BSY*h (10)；
其中IW为空白图的像素宽，IH为空白图的像素高。
5.如权利要求1所述的基于实景三维的快速出图方法，其特征在于：
所述的步骤E具体为：
瓦片的中心坐标为：
CXi＝xMin+(i+0.5)*StepX(i＝0，1，2...) (11)；
CYj＝yMax+(j+0.5)*StepY(j＝0，1，2...) (12)；
其中CXi为第i行第j列对应的瓦片的中心的x坐标，CYj为第i行第j列对应的瓦片的中心的y坐标；
对应相机位置为：
CPX＝CXi (13)；
CPY＝CYi-(hmax-hmin)*tan(t) (14)；
其中CPX为相机位置的x坐标，CPY为相机位置的y坐标，hmax为场景的最大高度，hmin为场景的基准高度，相机的高度即为hmax。
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