CN111028331B - 一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法及装置 - Google Patents

一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法及装置，先截取视频画面为图片，记录每张图片中车辆的屏幕坐标和车辆类型，并存储在txt文件中；预先设置好的道路模型以及车辆模型导入到MapGIS数据库中；在MapGIS桌面软件里构建三维场景，添加导入后的道路模型，并保存为地图文档；手动采集视频截图和三维场景中的四个控制点对；调用桌面二次开发接口在场景中预先添加不同类型的车辆模型，不设置模型的位置和角度信息，显示状态设为不可见；设置一定时间间隔顺序读取txt文件，根据坐标转换方法计算出车辆的三维坐标，根据车头车尾坐标，计算出车辆的角度，动态更新场景中预先添加的小车坐标、行驶角度，并设置模型的显示状态设为可见。

Description

一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法及装置
技术领域
本发明涉及道路视频监控图像处理领域，更具体地说，涉及一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法及装置。
背景技术
传统的道路视频监控图像是二维图像，无法反映出真实的三维道路场景，三维模型可使道路、车辆以及道路附属设施更加逼真的模拟现实场景，为了能在三维场景中实时的渲染出与道路监控视频同样的实体对象，本发明在道路三维模型的渲染基础之上，通过动态计算监控视频中车辆的位置和角度，动态加载车辆模型并进行渲染，实现三维道路场景与视频的实时同步可视化，可提升道路监控视频的真实性和交互性。
发明内容
根据本发明的其中一方面，本发明解决其技术问题所采用的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法包含如下步骤：
步骤1：截取二维的道路视频监控图像的每帧视频画面，按播放顺序保存为图片；
步骤2：按照视频播放顺序，使用机器学习方法提取每张所述图片中每辆车辆的屏幕坐标以及车辆类型到txt文件中，每张图片对应一个txt文件，并对txt文件按视频播放顺序命名；所述屏幕坐标包括车头中心点坐标和车尾中心点坐标；
步骤3：导入预先设置好的道路模型以及车辆模型到MapGIS数据库中，将不同类型的车辆模型都导入到一个简单要素类，道路模型导入到另一简单要素类；并在MapGIS桌面软件里构造三维场景文档，并向三维场景文档中添加道路模型；
步骤4：手动在所述道路视频监控图像的其中一张视频画面中确定出四个控制点，并在三维场景文档的三维场景中确定出与所述四个控制点对应的四个控制点，形成四个控制点对；
步骤5：读取MapGIS数据库中的车辆模型，然后读取车辆模型的几何信息，通过桌面二次开发接口预先在三维场景中，分别添加所读取的各个车辆模型的几何信息，从而实现向三维场景中添加各个车辆模型，每个车辆模型添加一个或者多个，且不设置车辆模型的位置和角度，将各个车辆模型的显示状态设置为不可见；其中，每个类型的车辆模型在三维场景中预先添加的数量决定在三维场景中可显示出来的最大数量；
步骤6：设置一定间隔时间读取一个txt，然后读取所读取的txt中存储的每辆车辆的屏幕坐标以及车辆类型；根据读取的各个车辆的车辆类型，分别匹配预先添加到三维场景中的车辆模型；根据所述四个控制点对，采用坐标转换方法将各个车辆的屏幕坐标转换为对应的三维坐标；根据坐标转换后的车头中心点坐标和车尾中心点坐标，计算车辆的行驶角度；根据坐标转换后的三维坐标以及所述行驶角度，更新三维场景中被匹配的车辆模型的三维坐标以及模型角度，并将被匹配的车辆模型的显示状态设置为可见；按照所述一定间隔时间，依次读取所有的txt文件，动态更新车辆模型的三维坐标以及所述行驶角度和显示状态。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，步骤1具体包括：用python的读取视频画面功能读取道路视频监控图像，通过opencv的cv2.imwrite方法，设置每3帧截取一次视频画面，并保存成图片，按照视频播放顺序，顺序命名图片。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，步骤2中车辆类型包括小型汽车、卡车、货车、面包车、公交车、客车以及校车。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，步骤2中，txt文件中每行记录一辆车的信息，用逗号分隔各个坐标以及车辆类型。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，步骤4中，具体包括：通过画图软件打开所述其中一张视频画面，MapGIS打开三维场景文档，然后手动在打开的所述其中一张视频画面和三维场景文档中确定出所述四个控制点对。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，步骤5具体包括如下步骤：通过简单要素类SFeatureCls的open方法，打开的导入到MapGIS数据库里的车辆模型所对应的简单要素类，再调用GetGeometry方法，获取所有类型的车辆模型的几何信息；通过三维场景绘制类Graphics3D的Append方法将这些车辆模型的几何信息，添加到三维场景，不设置模型位置和角度，通过Graphics3D类SetVisible方法将这些车辆模型的显示状态设置为不可见。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，步骤6中，所述坐标转换方法具体是指由my21dll.dll提供的坐标转换方法。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，步骤6中，所述根据坐标转换后的车头中心点坐标和车尾中心点坐标，计算车辆的行驶角度；根据坐标转换后的三维坐标以及所述行驶角度，更新三维场景中被匹配的车辆模型的三维坐标以及模型角度，并将被匹配的车辆模型的显示状态设置为可见具体是指：
调用GisMath类的Cal_2PIAngle方法，根据坐标转换后的车头中心点坐标和车尾中心点坐标，计算出车辆的行驶角度；通过Graphics3D类的SetPosition方法更新三维场景中被匹配的车辆模型的三维坐标；通过SetRotate方法设置被匹配的车辆模型的模型角度；调用SetVisible设置显示状态设置为true即为可见。
进一步地，在本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法中，还包括步骤：将道路路边护栏模型、道路中央隔离护栏模型、交通标志模型、交通标牌模型添加到三维场景中进行显示，模拟真实的道路三维场景。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染装置，具备计算机存储介质，所述计算机存储介质内有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于实现如上述任一项所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法。
实施本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法及系统，具有以下有益效果：本发明能在三维场景中的实时渲染视频中行径的车辆，可以通过此方法实时同步显示视频中任意动态变化的效果，能更加立体、直观的表达视频内容。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法一实施例的流程图；
图2是截取二维的道路视频监控图像的视频画面所保存的图片的示例图；
图3是txt文件的保存示意图；
图4是三维场景文档中简单要素类的示意图；
图5是控制点对的示意图；
图6是三维场景的实现效果图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，图1是本发明的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法一实施例的流程图。本实施例的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法包含如下步骤：
步骤1：用python的读取视频画面功能读取道路视频监控图像，通过opencv的cv2.imwrite方法，设置每3帧截取一帧二维的道路视频监控图像的视频画面，按播放顺序保存为图片，具体可参考图2。
步骤2：按照视频播放顺序，使用机器学习方法提取每张所述图片中每辆车辆的屏幕坐标以及车辆类型到txt文件中，每张图片对应一个txt文件，并对txt文件按视频播放顺序命名。屏幕坐标包括车头中心点坐标和车尾中心点坐标，车辆类型包括小型汽车、卡车、货车、面包车、公交车、客车以及校车。txt文件中每行记录一辆车的信息，用逗号分隔各个坐标以及车辆类型，具体可参考图3，图3中区域3A、区域3B、区域3C分别表示车头中心点的横坐标和纵坐标、车尾中心点的横坐标和纵坐标、车辆类型，其中车辆类型在本实施例中是采用的不同的数字进行的区分。比如图2中第一张画面中有三辆不同的车辆，将这两辆车辆的屏幕坐标和车辆类型标识记录如图3，依次记录所有图片中小车信息。
步骤3：导入预先设置好的道路模型以及车辆模型到MapGIS数据库中，将不同类型的车辆模型都导入到一个简单要素类，道路模型导入到另一简单要素类；并在MapGIS桌面软件里构造三维场景文档，并向三维场景文档中添加道路模型，具体可参考图4，区域4A标示出道路模型的简单要素类，区域4B标示出车辆模型的简单要素类。
步骤4：通过画图软件打开所述其中一张视频画面，MapGIS打开三维场景文档，手动在所述道路视频监控图像的其中一张视频画面中确定出四个控制点，并在三维场景文档的三维场景中确定出与所述四个控制点对应的四个控制点，形成四个控制点对，为视频中车辆的屏幕坐标转为三维场景中对应的三维坐标做准备。具体可参考图5，四个控制点对分别为：5A1与5B1、5A2与5B2、5A3与5B3以及5A4与5B4。
步骤5：通过简单要素类SFeatureCls的open方法，打开的导入到MapGIS数据库里的车辆模型所对应的简单要素类，再调用GetGeometry方法，获取所有类型的车辆模型的几何信息，通过三维场景绘制类Graphics3D的Append方法将这些车辆模型的几何信息，添加到三维场景，从而实现向三维场景中添加各个车辆模型，添加的车辆模型存储于缓存中。每个车辆模型添加一个或者多个，且不设置车辆模型的位置和角度，将各个车辆模型的显示状态设置为不可见；其中，每个类型的车辆模型在三维场景中预先添加的数量决定在三维场景中可显示出来的最大数量。本实施例中各个车辆模型的预先添加数量均为20，在其他实施例中也可以设置为其他数量，各种车辆模型的数量也可以不同，例如通常形式过道路的小型汽车较多，而其他类型的较少，因此预先添加的车辆模型中，小型汽车的数量设置最多，其他类型的设置较少。通过预先添加车辆模型，可以避免在后续针对每个txt的数据进行车辆更新时需要每次都添加模型的问题，从而加快处理速度。
步骤6：将道路路边护栏模型、道路中央隔离护栏模型、交通标志模型、交通标牌模型添加到三维场景中，模拟真实的道路三维场景。通过计时器Timer设置一定间隔时间读取一个txt，例如50ms，然后读取所读取的txt中存储的每辆车辆的屏幕坐标以及车辆类型；根据读取的各个车辆的车辆类型，分别匹配预先添加到三维场景中的车辆模型。根据所述四个控制点对，采用由my21dll.dll提供的坐标转换方法将各个车辆的屏幕坐标转换为对应的三维坐标。调用GisMath类的Cal_2PIAngle方法，根据坐标转换后的车头中心点坐标和车尾中心点坐标，计算车辆的行驶角度；通过Graphics3D类的SetPosition方法更新三维场景中被匹配的车辆模型的三维坐标；通过SetRotate方法设置被匹配的车辆模型的模型角度；调用SetVisible设置显示状态设置为true即为可见。按照所述一定间隔时间，依次读取所有的txt文件，动态更新车辆模型的三维坐标以及所述行驶角度和显示状态(是否可见)，即可实现三维场景中的车辆行驶效果，具体可参见图6。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1：截取二维的道路视频监控图像的每帧视频画面，按播放顺序保存为图片；
步骤2：按照视频播放顺序，使用机器学习方法提取每张所述图片中每辆车辆的屏幕坐标以及车辆类型到txt文件中，每张图片对应一个txt文件，并对txt文件按视频播放顺序命名；所述屏幕坐标包括车头中心点坐标和车尾中心点坐标；
步骤3：导入预先设置好的道路模型以及车辆模型到MapGIS数据库中，将不同类型的车辆模型都导入到一个简单要素类，道路模型导入到另一简单要素类；并在MapGIS桌面软件里构造三维场景文档，并向三维场景文档中添加道路模型；
步骤4：手动在所述道路视频监控图像的其中一张视频画面中确定出四个控制点，并在三维场景文档的三维场景中确定出与所述四个控制点对应的四个控制点，形成四个控制点对；
步骤5：读取MapGIS数据库中的车辆模型，然后读取车辆模型的几何信息，通过桌面二次开发接口预先在三维场景中，分别添加所读取的各个车辆模型的几何信息，从而实现向三维场景中添加各个车辆模型，向三维场景中添加的每个类型的车辆模型为一个或者多个，且在添加时不设置车辆模型的位置和角度，将各个车辆模型的显示状态设置为不可见；其中，每个类型的车辆模型在三维场景中预先添加的数量决定在三维场景中可显示出来的最大数量；
步骤6：设置一定间隔时间读取一个txt文件，然后读取所读取的txt文件中存储的每辆车辆的屏幕坐标以及车辆类型；根据读取的各个车辆的车辆类型，分别匹配预先添加到三维场景中的车辆模型；根据所述四个控制点对，采用坐标转换方法将各个车辆的屏幕坐标转换为对应的三维坐标；根据坐标转换后的车头中心点坐标和车尾中心点坐标，计算车辆的行驶角度；根据坐标转换后的三维坐标以及所述行驶角度，更新三维场景中被匹配的车辆模型的三维坐标以及模型角度，并将被匹配的车辆模型的显示状态设置为可见；按照所述一定间隔时间，依次读取所有的txt文件，动态更新车辆模型的三维坐标以及所述行驶角度和显示状态。
2.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，步骤1具体包括：用python的读取视频画面功能读取道路视频监控图像，通过opencv的cv2.imwrite方法，设置每3帧截取一次视频画面，并保存成图片，按照视频播放顺序，顺序命名图片。
3.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，步骤2中车辆类型包括小型汽车、卡车、货车、面包车、公交车、客车以及校车。
4.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，步骤2中，txt文件中每行记录一辆车的信息，用逗号分隔各个坐标以及车辆类型。
5.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，步骤4中，具体包括：通过画图软件打开所述其中一张视频画面，MapGIS打开三维场景文档，然后手动在打开的所述其中一张视频画面和三维场景文档中确定出所述四个控制点对。
6.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，步骤5具体包括如下步骤：通过简单要素类SFeatureCls的open方法，打开的导入到MapGIS数据库里的车辆模型所对应的简单要素类，再调用GetGeometry方法，获取所有类型的车辆模型的几何信息；通过三维场景绘制类Graphics3D的Append方法将这些车辆模型的几何信息，添加到三维场景，不设置模型位置和角度，通过Graphics3D类SetVisible方法将这些车辆模型的显示状态设置为不可见。
7.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，步骤6中，所述坐标转换方法具体是指由my21dll.dll提供的坐标转换方法。
8.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，步骤6中，所述根据坐标转换后的车头中心点坐标和车尾中心点坐标，计算车辆的行驶角度；根据坐标转换后的三维坐标以及所述行驶角度，更新三维场景中被匹配的车辆模型的三维坐标以及模型角度，并将被匹配的车辆模型的显示状态设置为可见具体是指：
调用GisMath类的Cal_2PIAngle方法，根据坐标转换后的车头中心点坐标和车尾中心点坐标，计算出车辆的行驶角度；通过Graphics3D类的SetPosition方法更新三维场景中被匹配的车辆模型的三维坐标；通过SetRotate方法设置被匹配的车辆模型的模型角度；调用SetVisible设置显示状态设置为true即为可见。
9.根据权利要求1所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法，其特征在于，还包括步骤：将道路路边护栏模型、道路中央隔离护栏模型、交通标志模型、交通标牌模型添加到三维场景中进行显示，模拟真实的道路三维场景。
10.一种高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染装置，具备计算机存储介质，所述计算机存储介质内有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于实现如权利要求1-9任一项所述的高性能的车辆动态三维建模与轨迹实时渲染方法。
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