CN110298918A - 一种基于gpu实时三维建模显示装置及三维建模显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GPU实时三维建模显示装置及三维建模显示方法，所述三维建模显示装置包括依次连接的采集单元、预处理单元、图片识别单元、三维模型库和图像显示单元，以及用于建立图像三维模型的GPU三维建模单元、用于实现数据交互的控制单元和用于输入建模参数和过程控制参数的人机交互单元，所述三维建模显示方法是通过采集和处理建模对象图像，并对图像进行识别匹配，利用GPU三维建模单元建立图像的GPU实时三维对象模型，然后在控制单元的控制下调用GPU三维对象模型进行显示。本发明中三维建模显示装置具有使用方便、结构简单、成本低廉且易于人机交互操作的特点，能够实现二维图像到三维模型的建立且所建立的三维模型不受显示尺寸和视觉限制。

Description

一种基于GPU实时三维建模显示装置及三维建模显示方法
技术领域
本发明涉及到三维建模技术领域，尤其涉及一种应用于军事指挥、交通管理、城市规划、农业监测等多种图形和图像仿真的基于GPU实时三维建模显示装置及三维建模显示方法。
背景技术
三维显示技术与二维显示技术相比增加了第3维深度感，为使用者提供了更多显示细节；现有成熟摄像设备输出的图像均为二维图像，要实现三维场景显示及控制，首先需要对二维图像进行建模生成三维场景和三维对象，再在显示器上进行显示；使用者可根据具体使用需求调用合适三维场景和三维对象，完成三维建模显示过程。
现有的三维显示技术主要包括全息投影式三维显示技术和助视/光栅式三维显示技术两种。其中全息投影式三维显示利用光的干涉和衍射原理实现三维画面的记录与再现，虽然能实现裸眼三维的效果，但其存在设备复杂、稳定性差、成本高、可视角度小、难以进行人机交互等缺点。比如，专利CN 106292163公开了一种全息投影装置及全息投影装置的操作方法，该装置利用多个反射投影板将多个显示器输出的多个图像投影到顶点形成全息图像，但该设备工艺复杂、工艺精度要求严格、价格昂贵，不利于量产使用；专利CN108628088公开了一种全息投影装置，该装置利用光学通路将显示屏输出图像放大投影到金字塔状全息投影膜上形成全息图像，但该设备由于采用单显示屏输出图像投影，全息投影尺寸受到限制，且不利于人机交互。
其中助视/光栅式三维显示需要使用者佩戴特殊观察设备或显示屏添加光栅装置才能实现三维显示功能，存在使用不方便、显示视角受限、难以进行人机交互等缺点。比如，专利CN 105681778公开的一种三维显示装置及其驱动方法，该装置利用后置光栅，根据使用者人眼位置输出左右眼视图，实现全视角三维显示效果，由于该装置根据使用者人眼位置调节输出左右眼视图，当多人观测同一画面时将出现显示效果不一致的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于GPU实时三维建模显示装置及三维建模显示方法，通过所述三维建模显示装置实现二维图像到三维模型的建立，并将三维模型图像在平面显示屏上进行显示，该三维建模显示装置使用方便、结构简单、成本低廉且易于人机交互操作，所建立的三维模型不受显示尺寸和视觉限制，可用于军事指挥、交通管理、城市规划、农业监测等多种图形和图像仿真应用领域。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于GPU实时三维建模显示装置，包括：
采集单元和预处理单元，用于采集GPU三维建模对象的视频或图像，并将所采集的视频或图像传输给预处理单元进行视频或图像的预处理；
GPU三维建模单元，用于对所接收的图像进行GPU实时三维建模；
三维模型库，用于保存并更新GPU三维建模单元生成的GPU三维对象模型；
图像识别单元，用于识别预处理单元预处理后的图像并将识别后图像与三维模型库中的GPU三维对象模型进行匹配，同时将不能与三维模型库中GPU三维对象模型进行匹配的图像传输给GPU三维建模单元并建立GPU三维对象模型；
人机交互单元，用于输入GPU三维对象模型的建模参数以及生成GPU三维对象模型的过程控制参数；
图像显示单元，用于接收处理从三维模型库中调出的GPU三维对象模型图像并对处理后的GPU三维对象模型图像进行显示；
控制单元，用于实现人机交互单元、GPU三维建模单元、三维模型库和图像显示单元相互之间的数据交互。
作为上述技术方案的进一步优化，所述采集单元为摄像头、相机、视频信号源等图像采集设备中的至少一种。
作为上述技术方案的进一步优化，所述采集单元采集的图像或视频中至少包括三维建模对象的正视图、侧视图和俯视图。
作为上述技术方案的进一步优化，所述图像显示单元包括用于接收和处理GPU三维对象模型的GPU显示单元，以及用于将GPU显示单元传输的三维图像进行显示的液晶显示屏。
作为上述技术方案的进一步优化，所述人机交互单元为触摸屏，所述触摸屏设于液晶显示屏的表面，且液晶显示屏与触摸屏之间能够实现相互通讯和定位。
作为上述技术方案的进一步优化，还包括导入单元，通过所述控制单元控制导入单元将外部三维地图与场景导入至三维模型库内。
一种基于GPU实时三维建模显示方法，采用上述所述的基于GPU实时三维建模显示装置，所述方法包括以下步骤：
S1、通过所述采集单元采集GPU三维建模对象的视频或图像，并将所采集的视频或图像传输给预处理单元进行视频或图像的预处理，然后将经过预处理的图像传输给图像识别单元；
S2、所述图像识别单元将所接收图像与三维模型库中的GPU三维对象模型进行识别匹配，若三维模型库中不存在与所接收图像相匹配的GPU三维对象模型，则进入步骤S4，若三维模型库中存在与所接收图像相匹配的GPU三维对象模型，则通过控制单元将匹配的GPU三维对象模型从三维模型库中调出并传输给图像显示单元；
S3、图像显示单元接收相匹配的GPU三维对象模型并对所接收的GPU三维对象模型图形图像进行渲染软件处理，然后处理后的GPU实时三维模型图像通过图像显示单元进行显示，从而完成GPU三维建模显示。
S4、所述图像识别单元将所接收图像传输给GPU三维建模单元，同时通过控制单元将人机交互单元输入的三维建模参数和过程控制参数传输给GPU三维建模单元，GPU三维建模单元根据所接收的图像特征以及三维建模参数和过程控制参数，并利用OpenGL图形库方法实现所接收图像GPU实时三维对象模型的建立；
S5、将所述步骤S4中GPU三维建模单元生成的GPU三维对象模型传输至三维模型库进行保存更新，然后返回步骤S2。
作为上述技术方案的进一步优化，所述三维建模显示方法还包括步骤：S0、所述控制单元控制导入单元将外部三维地图与场景导入至三维模型库内进行保存更新。
与现有技术比较，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明基于GPU三维建模显示，所述三维建模显示装置整机功能结构简单、稳定性好且操作简便，克服了现有三维显示设备使用过程中，使用者需要佩戴辅助设备、三维显示观测视角较窄等问题，其显示的三维对象模型图像具有不受显示尺寸和视觉限制的特点；
(2)本发明中三维建模显示装置采用触摸显示屏的设计方式，降低了设备设计和使用难度以及应用成本，也提高了设备的可操作性和稳定性，具有易于人机交互操作的特点。
附图说明
图1是本发明一种基于GPU实时三维建模显示装置的结构框图，
图2是本发明一种基于GPU实时三维建模显示方法的流程图。
图中：1.采集单元，2.预处理单元，3.GPU三维建模单元，4.三维模型库，5.图像识别单元，6.人机交互单元，7.图像显示单元，71.GPU显示单元，72.液晶显示屏，8.控制单元，9.导入单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于GPU实时三维建模显示装置，包括：
采集单元1和预处理单元2，用于采集GPU三维建模对象的视频或图像，并将所采集的视频或图像传输给预处理单元2进行视频或图像的预处理；
GPU三维建模单元3，用于对所接收的图像进行GPU实时三维建模；
三维模型库4，用于保存并更新GPU三维建模单元3生成的GPU三维对象模型；
图像识别单元5，用于识别预处理单元2预处理后的图像并将识别后图像与三维模型库4中的GPU三维对象模型进行匹配，同时将不能与三维模型库4中GPU三维对象模型进行匹配的图像传输给GPU三维建模单元3并建立GPU三维对象模型；
人机交互单元6，用于输入GPU三维对象模型的建模参数以及生成GPU三维对象模型的过程控制参数；
图像显示单元7，用于接收处理从三维模型库4中调出的GPU三维对象模型图像并对处理后的GPU三维对象模型图像进行显示；
控制单元8，用于实现人机交互单元6、GPU三维建模单元3、三维模型库4和图像显示单元7相互之间的数据交互。
本实施例中，首先通过采集单元1采集GPU三维建模对象的视频或图像，并将所采集的视频或图像传输给预处理单元2进行视频或图像的预处理，所述图像识别单元5对预处理后的图像与三维模型库4中的GPU三维对象模型进行识别匹配，所述控制单元8根据图像识别单元5的识别匹配结果利用GPU三维建模单元3建立图像的三维对象模型并保存在三维模型库4中，或直接从三维模型库4中调用已有且匹配的GPU三维对象模型传输给图像显示单元7进行渲染处理并显示，从而完成GPU实时三维建模显示，所述三维建模显示装置使用方便、结构简单、成本低廉且易于人机交互操作的特点，能够实现二维图像到三维模型的建立且所建立的三维模型不受显示尺寸和视觉限制，可用于军事指挥、交通管理、城市规划、农业监测等多种图形和图像仿真应用领域。
如图1所示，所述采集单元1为摄像头、相机、视频信号源等图像采集设备中的至少一种。本实施例中，所述采集单元1为摄像头，通过所述摄像头采集三维建模对象的图像或视频。
如图1所示，所述采集单元1采集的图像或视频中至少包括三维建模对象的正视图、侧视图和俯视图。本实施例中，为了保证所述GPU三维建模单元建立的三维对象模型准确可靠性，所述采集单元1采集的图像或视频中至少包括三维建模对象的正视图、侧视图和俯视图。
如图1所示，所述图像显示单元7包括用于接收和处理GPU三维对象模型的GPU显示单元71，以及用于将GPU显示单元71传输的三维图像进行显示的液晶显示屏72。本实施例中，通过所述GPU显示单元71对传输过来的GPU三维对象模型利用软件进行渲染处理，并在液晶显示屏72上显示处理后的GPU三维对象模型图像。
如图1所示，所述人机交互单元6为触摸屏，所述触摸屏设于液晶显示屏72的表面，且液晶显示屏72与触摸屏之间能够实现相互通讯和定位。本实施例中，所述的触摸屏是基于GPU的实时三维建模显示装置的输入界面，触摸屏利用液晶显示屏72绝对坐标定位基于GPU的实时三维建模显示装置的输入，因此所述触摸屏为三维建模显示装置操作人员提供一条输入操作、命令和参数的途径。
如图1所示，还包括导入单元9，通过所述控制单元8控制导入单元9将外部三维地图与场景导入至三维模型库4内。本实施例中，通过所述控制单元8控制导入单元9可将外部三维地图与场景导入至三维模型库4内进行保存更新，在一定程度上提高了工作效率。
如图2所示，一种基于GPU实时三维建模显示方法，采用上述所述的基于GPU实时三维建模显示装置，所述方法包括以下步骤：
S1、通过所述采集单元采集GPU三维建模对象的视频或图像，并将所采集的视频或图像传输给预处理单元进行视频或图像的预处理，然后将经过预处理的图像传输给图像识别单元；
S2、所述图像识别单元将所接收图像与三维模型库中的GPU三维对象模型进行识别匹配，若三维模型库中不存在与所接收图像相匹配的GPU三维对象模型，则进入步骤S4，若三维模型库中存在与所接收图像相匹配的GPU三维对象模型，则通过控制单元将匹配的GPU三维对象模型从三维模型库中调出并传输给图像显示单元；
S3、图像显示单元接收相匹配的GPU三维对象模型并对所接收的GPU三维对象模型图形图像进行渲染软件处理，然后处理后的GPU实时三维模型图像通过图像显示单元进行显示，从而完成GPU三维建模显示。
S4、所述图像识别单元将所接收图像传输给GPU三维建模单元，同时通过控制单元将人机交互单元输入的三维建模参数和过程控制参数传输给GPU三维建模单元，GPU三维建模单元根据所接收的图像特征以及三维建模参数和过程控制参数，并利用OpenGL图形库方法实现所接收图像GPU实时三维对象模型的建立；
S5、将所述步骤S4中GPU三维建模单元生成的GPU三维对象模型传输至三维模型库进行保存更新，然后返回步骤S2
如图2所示，所述三维建模显示方法还包括步骤：S0、所述控制单元控制导入单元将外部三维地图与场景导入至三维模型库内进行保存更新。
本实施例中，通过所述GPU实时三维建模显示方法，可将采集单元采集的二维图像通过GPU三维建模的方式在液晶显示屏上进行显示，该三维建模显示方法建立的三维模型不受显示尺寸和视觉限制、使用方便、结构简单、成本低廉且易于人机交互操作，可用于军事指挥、交通管理、城市规划、农业监测等多种图形和图像仿真应用领域。
以上对本发明所提供的一种基于GPU实时三维建模显示装置及三维建模显示方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于GPU实时三维建模显示装置，其特征在于，包括：
采集单元和预处理单元，用于采集GPU三维建模对象的视频或图像，并将所采集的视频或图像传输给预处理单元进行视频或图像的预处理；
GPU三维建模单元，用于对所接收的图像进行GPU实时三维建模；
三维模型库，用于保存并更新GPU三维建模单元生成的GPU三维对象模型；
图像识别单元，用于识别预处理单元预处理后的图像并将识别后图像与三维模型库中的GPU三维对象模型进行匹配，同时将不能与三维模型库中GPU三维对象模型进行匹配的图像传输给GPU三维建模单元并建立GPU三维对象模型；
人机交互单元，用于输入GPU三维对象模型的建模参数以及生成GPU三维对象模型的过程控制参数；
图像显示单元，用于接收处理从三维模型库中调出的GPU三维对象模型图像并对处理后的GPU三维对象模型图像进行显示；
控制单元，用于实现人机交互单元、GPU三维建模单元、三维模型库和图像显示单元相互之间的数据交互。
2.如权利要求1所述的基于GPU实时三维建模显示装置，其特征在于，所述采集单元为摄像头、相机、视频信号源等图像采集设备中的至少一种。
3.如权利要求2所述的基于GPU实时三维建模显示装置，其特征在于，所述采集单元采集的图像或视频中至少包括三维建模对象的正视图、侧视图和俯视图。
4.如权利要求3所述的基于GPU实时三维建模显示装置，其特征在于，所述图像显示单元包括用于接收和处理GPU三维对象模型的GPU显示单元，以及用于将GPU显示单元传输的三维图像进行显示的液晶显示屏。
5.如权利要求4所述的基于GPU实时三维建模显示装置，其特征在于，所述人机交互单元为触摸屏，所述触摸屏设于液晶显示屏的表面，且液晶显示屏与触摸屏之间能够实现相互通讯和定位。
6.如权利要求5所述的基于GPU实时三维建模显示装置，其特征在于，还包括导入单元，通过所述控制单元控制导入单元将外部三维地图与场景导入至三维模型库内。
7.一种基于GPU实时三维建模显示方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的基于GPU实时三维建模显示装置，所述方法包括以下步骤：
S1、通过所述采集单元采集GPU三维建模对象的视频或图像，并将所采集的视频或图像传输给预处理单元进行视频或图像的预处理，然后将经过预处理的图像传输给图像识别单元；
S2、所述图像识别单元将所接收的图像与三维模型库中的GPU三维对象模型进行识别匹配，若三维模型库中不存在与所接收图像相匹配的GPU三维对象模型，则进入步骤S4，若三维模型库中存在与所接收图像相匹配的GPU三维对象模型，则通过控制单元将匹配的GPU三维对象模型从三维模型库中调出并传输给图像显示单元；
S3、图像显示单元接收相匹配的GPU三维对象模型并对所接收的GPU三维对象模型图形图像利用软件进行渲染处理，然后处理后的GPU实时三维模型图像通过图像显示单元进行显示，从而完成GPU三维建模显示。
S4、所述图像识别单元将所接收的图像传输给GPU三维建模单元，同时通过控制单元将人机交互单元输入的三维建模参数和过程控制参数传输给GPU三维建模单元，GPU三维建模单元根据所接收的图像特征以及三维建模参数和过程控制参数，并利用OpenGL图形库方法实现所接收图像GPU实时三维对象模型的建立；
S5、将所述步骤S4中GPU三维建模单元生成的GPU三维对象模型传输至三维模型库进行保存更新，然后返回步骤S2。
8.如权利要求7所述的一种基于GPU实时三维建模显示方法，其特征在于，还包括步骤：S0、所述控制单元控制导入单元将外部三维地图与场景导入至三维模型库内进行保存更新。
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