CN109118563A - 一种从lod分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法，包括：步骤S1，导入LOD分页表面纹理模型，采用虚拟相机进行场景渲染；步骤S2，提取图形处理器GPU内颜色缓存信息；步骤S3，根据栅格化图像到不规则角网的关系，将颜色缓存信息还原为数字正射影像图。本发明采用投影方式为正交投影的虚拟相机进行场景渲染，然后获取虚拟相机的颜色缓存信息来得到数字正射投影影像，运用了GPU的并行插值和快速渲染的特性，将虚拟相机放到正上方，并调节相机参数，省去了传统的正射变换和影像拼接与图幅裁切等工序。

Description

一种从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法
技术领域
本发明涉及摄影测量和遥感技术领域，尤其涉及一种从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法。
背景技术
由于地形数据的海量特征以及当前图形显示硬件条件的限制，三维地形场景绘制时不可能一次性地载入所有地形数据建立整个地形场景。细节层次(Level Of Details，LOD)分页技术成为加快三维场景绘制的有效途径。它通过预先动态构建具有不同LOD的多分辨率模型，以达到提高渲建立具有多个LOD的离散模型，或者依据视点参数实时染效率的目的。LOD分页技术普遍应用于三维场景的绘制。
同样随着航测、遥感技术的快速发展,在城市大比例尺专题地图的编制过程之中数字正射影像图正发挥着日益重要的作用,它在数据的现势性和更新周期上具有直观性、高效性、实用性和真实性的优势,数字正射影像图(DOM，Digital Orthophoto Map)在城市规划、管理中的作用已经达到了不可或缺的地位。
显然从LOD分页表面纹理模型中提取数字正射影像图具有重要意义。
传统DOM制作的主要步骤:原始影像获取和数字高程模型(Digital ElevationModel，DEM)获取→单片(模型)微分纠正→影像拼接与图幅裁切。然而传统DOM制作步骤对于LOD分页表面纹理模型难以实现：1.从LOD分页表面纹理模型中获取原始影像难度太大，并且还要获取DEM，无疑增加了DOM获取的难度和复杂度；2.LOD模型中每一页都是由不规则三角网(如图1所示)组成，想要获取影像必须要栅格化，这将增加问题复杂度；3.LOD模型结构较复杂，想要人为调度同一分辨率模型较难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种快速简单地从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法，包括：
步骤S1，导入LOD分页表面纹理模型，采用虚拟相机进行场景渲染；
步骤S2，提取图形处理器GPU内颜色缓存信息；
步骤S3，根据栅格化图像到不规则角网的关系，将颜色缓存信息还原为数字正射影像图。
其中，所述步骤S1中，三维点在相机坐标系下表示为：
其中，(xe，ye，ze，1)为相机坐标系下点坐标；设虚拟相机从地形正上方往下看，X轴方向与切平面的X轴重合，不考虑Z方向，则有：
其中，(xe，ye，1)为相机坐标系下坐标。
其中，将虚拟相机的投影方式设为正交投影，可得：
其中，(xe，ye，1)为相机坐标系下坐标，(xn，yn，1)为为归一化设备坐标系下点坐标，l，r，b，t分别为视景体的左，右，底，顶参数；
取r＝-l，t＝-b对上式进行简化可得：
其中，从归一化设备坐标系到GPU深度缓存区进行变换，得：
其中，w为深度缓存区的宽度，h为深度缓存区的高度。
其中，根据公式(1)，(2)和(3)，得到不规则角网(X，Y，Z)到栅格化图像(xb，yb，zb)的关系如下：
其中，所述步骤S3中，根据公式(4)，得到栅格化图像(xb，yb，zb)到不规则角网(X，Y，Z)的关系如下：
其中，为数字正射投影影像x方向分辨率，为数字正射投影影像y方向分辨率。
其中，所述步骤S2具体是通过调用图形程序接口的应用程序编程接口来提取图形处理器GPU内的颜色缓存信息。
本发明实施例的有益效果在于：本发明采用投影方式为正交投影的虚拟相机进行场景渲染，然后获取虚拟相机的颜色缓存信息来得到数字正射投影影像，运用了GPU的并行插值和快速渲染的特性，将虚拟相机放到正上方，并调节相机参数，省去了传统的正射变换和影像拼接与图幅裁切等工序。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为不规则三角网示意图。
图2为本发明实施例一种从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法的流程示意图。
图3为本发明实施例中虚拟相机距离大地水准面350m时的方位示意图。
图4为本发明实施例中还原数字正射投影影像的示意图(每小格为100m×100m大小)。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图2所示，本发明实施例提供一种从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法，包括：
步骤S1，导入LOD分页表面纹理模型，采用虚拟相机进行场景渲染；
步骤S2，提取图形处理器GPU内颜色缓存信息；
步骤S3，根据栅格化图像到不规则角网的关系，将颜色缓存信息还原为数字正射影像图。
具体地，请结合图3-图4所示，步骤S1中，三维点在相机坐标系下表示为：
其中，(xe，ye，ze，1)为相机坐标系下点坐标。
此时设虚拟相机(虚拟相机的投影方式为正交投影)从地形正上方往下看(参见图3)，X轴方向与切平面的X轴重合(参见图4)，不考虑Z方向，则有：
其中，(xe，ye，1)为相机坐标系下坐标。
步骤S2，通过调用图形程序接口(如OpenGL)的应用程序编程接口(ApplicationProgramming Interface，API)来提取图形处理器GPU内的颜色缓存信息。
一般情况下，相机的正交投影关系为：
其中，(xe，ye，1)为相机坐标系下坐标，(xn，yn，1)为为归一化设备坐标系(NORMALIZED DEVICE COORDINATES，NDC)下点坐标，l，r，b，t分别为视景体的左，右，底，顶参数。
取r＝-l，t＝-b对上式进行简化可得：
一般情况下，从NDC到颜色缓存区的变换为：
其中w为深度缓存区的宽度，h为深度缓存区的高度。
由公式(1)，(2)和(3)，得到不规则角网(X，Y)到栅格化图像(xb，yb)的关系如下：
步骤S3中，根据公式(4)，得到栅格化图像(xb，yb)到不规则角网(X，Y)的关系如下：
由公式(5)可以看出，为数字正射投影影像x方向分辨率，为数字正射投影影像y方向分辨率。
通过此关系便可得到数字正射投影影像(参见图3)。虚拟相机的输入参数参见表1。
表1：输入参数
通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于，本发明采用投影方式为正交投影的虚拟相机进行场景渲染，然后获取虚拟相机的颜色缓存信息来得到数字正射投影影像，运用了GPU的并行插值和快速渲染的特性，将虚拟相机放到正上方，并调节相机参数，省去了传统的正射变换和影像拼接与图幅裁切等工序。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种从LOD分页表面纹理模型提取数字正射影像图的方法，其特征在于，包括：
步骤S1，导入LOD分页表面纹理模型，采用虚拟相机进行场景渲染；
步骤S2，提取图形处理器GPU内颜色缓存信息；
步骤S3，根据栅格化图像到不规则角网的关系，将颜色缓存信息还原为数字正射影像图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，三维点在相机坐标系下表示为：
其中，(xe，ye，ze，1)为相机坐标系下点坐标；设虚拟相机从地形正上方往下看，X轴方向与切平面的X轴重合，不考虑Z方向，则有：
其中，(xe，ye，1)为相机坐标系下坐标。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将虚拟相机的投影方式设为正交投影，可得：
其中，(xe，ye，1)为相机坐标系下坐标，(xn，yn，1)为为归一化设备坐标系下点坐标，l，r，b，t分别为视景体的左，右，底，顶参数；
取r＝-l，t＝-b对上式进行简化可得：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从归一化设备坐标系到GPU深度缓存区进行变换，得：
其中，w为深度缓存区的宽度，h为深度缓存区的高度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据公式(1)，(2)和(3)，得到不规则角网(X，Y，Z)到栅格化图像(xb，yb，zb)的关系如下：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据公式(4)，得到栅格化图像(xb，yb，zb)到不规则角网(X，Y，Z)的关系如下：
其中，为数字正射投影影像x方向分辨率，为数字正射投影影像y方向分辨率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体是通过调用图形程序接口的应用程序编程接口来提取图形处理器GPU内的颜色缓存信息。
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