CN110910306B - 一种将全景地图中球面坐标转换为直线段的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种将全景地图中球面坐标转换为直线段的方法，利用其方法使得加密后的点位在视觉上位于直线上。其核心内容是三次坐标变换，第一次是将两点在全景图中的球面坐标转换为空间直角坐标系中的坐标，并在直角坐标系中对线段进行插值加密；第二次是将插值后的坐标转换为球面坐标，第三次是将第二次变换后的坐标系转换到全景地图的球面坐标系中，使得最终结果集在全景图中展现为在同一条直线上的效果。

Description

一种将全景地图中球面坐标转换为直线段的方法

技术领域

本发明涉及一种全景地图中的坐标转换方法，特别是指一种将全景地图中球面坐标转换为直线段的方法。

背景技术

在平面直角坐标系或者空间直角坐标系中，在不同的两点之间进行直线插值，只需按照线性插值公式进行插值处理。但在全景地图中，每一个全景地图场景构建的是以摄像机位置为球心，以一定距离为半径的球面，并将全景图贴合在内球面上构成的实景场景，坐标值为类似于地球经纬度的球面坐标。观察者的位置始终在球心的位置。在全景图中支持加载坐标为经度（垂直坐标）纬度（水平坐标）的点线面数据，所有的数据处理方式也是基于经度（垂直坐标）纬度（水平坐标）进行处理。对于球面坐标，使用线性插值的方式，在不同的两点之间进行插值，得出的插值结果，在摄像机位置观察到的将会是一个弧线的效果，在靠近球面南北两个极点的位置，弧线效果特别明显，在靠近赤道位置，弧线效果不明显。这种效果不能满足实践中在全景地图中对线状要素的应用要求。

发明内容

本发明的技术方案为：一种将全景地图中球面坐标转换为直线段的方法，其包括如下步骤。

第一步、以球心O为坐标原点、以北极点方向为Z轴；以经度为0度，纬度为0度的方向为X轴；以经度为90度，纬度为0度的方向为Y轴建立空间直角坐标系；其中，摄像机位置为球心。

第二步、将球面上的两点P1(lon1，lat1)、P2(lon2,lat2)转换到空间直角坐标系O-XYZ内，结果为P1´(x1,y1,z1), P2´(x2,y2,z2)转换方法为：x = R * cos(lat) * cos(lon)，y = R * cos(lat) * sin(lon)，z = R * sin(lat)。其中，R为球面坐标系的半径，lat为点在球面上的经度，也就是垂直坐标，lon为点在球面上的纬度，也就是水平坐标。

第三步、设置插值加密的点位个数n，将直线P1´P2´加密，结果数据集 为P_mid,加密方法为：P_mid.x(i) = x1 + (x2 – x1) / n * i，P_mid.y(i) = y1 + (y2 – y1) / n* i，P_mid.z(i) = z1 + (z2 – z1) / n * i。

第四步、遍历数据集P_mid,取点P_mid(i)。

第五步、以全景图球面坐标系的球心O为坐标原点，P_mid(i)到球心的距离为半径Ri，建立与全景球面坐标系相似的临时球面坐标系。

第六步、将P_mid(i)转换到临时球面坐标系，转换方法为：Lon(i) = arctan(P_mid(i).y / P_mid(i).x)，Lat(i) = arcsin(P_mid(i).z / Ri)。

第七步、将临时球面坐标系中的点转换到全景球面坐标系中。

第八步、重复第四部至第七步将数据集内的所有点的坐标转换为全景地图球面坐标表示的点，并存储在数据集S中。

至此，提取结果集S中的点位的lon，lat值，将其展示在全景地图中就可以得到全景场景中视觉上的直线加密效果。

本发明的有益效果为：本发明是针对全景图中按直线效果对球面上的两点进行插值加密的处理方法。主要内容是将全景图中线段的起止点通过坐标变换将点位转换到空间直角坐标系中，在空间直角坐标系中对线段进行插值加密，最后将加密后的点位在变换到以转换点到全景地图球面坐标系的球心为半径，以全景图球面坐标系的球心为球心的临时球面坐标系中，再将临时球面坐标系中的点转换到全景图的球面坐标系中，从而实现在全景图中视觉上的直线插值加密效果。

附图说明

图1为本发明中坐标转换的几何图。

图2为本发明具体实施时候的流程原理图。

图3 为本发明插值处理说明图。

图4 为本发明插值加密效果示意图。

具体实施方式

如图1至4所示，一种将全景地图中球面坐标转换为直线段的方法，其包括如下步骤。

第一步、以球心O为坐标原点、以北极点方向为Z轴；以经度为0度，纬度为0度的方向为X轴；以经度为90度，纬度为0度的方向为Y轴建立空间直角坐标系；其中，摄像机位置为球心。

第二步、将球面上的两点P1(lon1，lat1)、P2(lon2,lat2)转换到空间直角坐标系O-XYZ内，结果为P1´(x1,y1,z1), P2´(x2,y2,z2)转换方法为：x = R * cos(lat) * cos(lon)，y = R * cos(lat) * sin(lon)，z = R * sin(lat)。其中，R为球面坐标系的半径，lat为点在球面上的经度，也就是垂直坐标，lon为点在球面上的纬度，也就是水平坐标。

第三步、设置插值加密的点位个数n，将直线P1´P2´加密，结果数据集 为P_mid,加密方法为：P_mid.x(i) = x1 + (x2 – x1) / n * i，P_mid.y(i) = y1 + (y2 – y1) / n* i，P_mid.z(i) = z1 + (z2 – z1) / n * i。

第四步、遍历数据集P_mid,取点P_mid(i)。

第五步、以全景图球面坐标系的球心O为坐标原点，P_mid(i)到球心的距离为半径Ri，建立与全景球面坐标系相似的临时球面坐标系。

第六步、将P_mid(i)转换到临时球面坐标系，转换方法为：Lon(i) = arctan(P_mid(i).y / P_mid(i).x)，Lat(i) = arcsin(P_mid(i).z / Ri)。

第七步、将临时球面坐标系中的点转换到全景球面坐标系中。

第八步、重复第四部至第七步将数据集内的所有点的坐标转换为全景地图球面坐标表示的点，并存储在数据集S中。

至此，提取结果集S中的点位的lon，lat值，将其展示在全景地图中就可以得到全景场景中视觉上的直线加密效果。

本发明的核心内容是三次坐标变换，第一次是将两点在全景图中的球面坐标转换为空间直角坐标系中的坐标，并在直角坐标系中对线段进行插值加密；第二次是将插值后的坐标转换为球面坐标，第三次是将第二次变换后的坐标系转换到全景地图的球面坐标系中，使得最终结果集在全景图中展现为在同一条直线上的效果。

Claims (1)

1.一种将全景地图中球面坐标转换为直线段的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、以球心O为坐标原点、以北极点方向为Z轴；以经度为0度，纬度为0度的方向为X轴；以经度为90度，纬度为0度的方向为Y轴建立空间直角坐标系；其中，摄像机位置为球心，

第二步、将球面上的两点P1(lon1，lat1)、P2(lon2,lat2)转换到空间直角坐标系O-XYZ内，结果为P1´(x1,y1,z1), P2´(x2,y2,z2)转换方法为：

x = R * cos(lat) * cos(lon)

y = R * cos(lat) * sin(lon)

z = R * sin(lat)

其中，R为球面坐标系的半径，lat为点在球面上的经度，也就是垂直坐标，lon为点在球面上的纬度，也就是水平坐标，

第三步、设置插值加密的点位个数n，根据直线P1´P2´坐标，进行加密处理，结果数据集为P_mid,加密方法为：

P_mid.x(i) = x1 + (x2 – x1) / n * i

P_mid.y(i) = y1 + (y2 – y1) / n * i

P_mid.z(i) = z1 + (z2 – z1) / n * i

第四步、遍历数据集P_mid,取点P_mid(i)；

第五步、以全景图球面坐标系的球心O为坐标原点，P_mid(i)到球心的距离为半径Ri，建立与全景球面坐标系相似的临时球面坐标系；

第六步、将P_mid(i)转换到临时球面坐标系，转换方法为：

Lon(i) = arctan(P_mid(i).y / P_mid(i).x)

Lat(i) = arcsin(P_mid(i).z / Ri)

第七步、将临时球面坐标系中的点转换到全景球面坐标系中；

第八步、重复第四部至第七步将数据集内的所有点的坐标转换为全景地图球面坐标表示的点，并存储在数据集S中，

至此，提取数据集S中的点位的lon，lat值，将其展示在全景地图中就可以得到全景场景中视觉上的直线加密效果。

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