CN111325848A - Osgb倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法 - Google Patents

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Abstract

OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，属于倾斜摄影三维建模技术领域，具体是一种OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法。本发明的方法，采用三角面片数据、瓦片数据，以及它们的数据集合，通过三角面片连通性判断、三角面片数据集连通性判断、单个瓦片有效性及其有效三角面片数据集判断、瓦片邻接性判断、瓦片连通性判断，实现悬浮物的判段和批量自动删除。采用本发明的方法设计合理，具有自动化程度高、效率高、准确性好、成本低等特点。

Description

OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法
技术领域
本发明属于倾斜摄影三维建模技术领域，具体是一种OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法。
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，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。
传统三维建模通常使用3dsMax、AutoCAD等建模软件，基于影像数据、CAD平面图或者拍摄图片估算建筑物轮廓与高度等信息进行人工建模。这种方式制作出的模型数据精度较低，纹理与实际效果偏差较大，并且生产过程需要大量的人工参与；同时数据制作周期较长，造成数据的时效性较低，因而无法真正满足用户需要。倾斜摄影测量技术以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证。同时有效提升模型的生产效率，采用人工建模方式一两年才能完成的一个中小城市建模工作，通过倾斜摄影建模方式只需要三至五个月时间即可完成，大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。目前，国内外已广泛开展倾斜摄影测量技术的应用，倾斜摄影建模数据也逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。
斜摄影三维模型建模技术虽然有以上诸多优势，但作为近年来的一项新兴技术，在实际的生产应用中多少存在一些问题。比如三维场景中有悬浮的石头和树木等等，这些问题都需要自己去手动修补优化，才能满足精细化三维建模的需求。但是手动修补优化费力费时，不利于工作的开展。
发明内容
本发明的目的是解决目前倾斜摄影三维模型建模中的悬浮物需要手动修补存在的费时费力的问题，提出一种自动批量删除的方法。
OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，包括以下步骤：
步骤1，确定三维模型中单个瓦片数据的有效性，并获取其唯一一个有效三角面片数据集S v 和待定三角面片数据集集合SS w ；具体步骤为：
(1)对于单个瓦片数据t0，利用OpenSceneGraph（简称OSG）库读取数据，解析出该瓦片的几何信息和纹理信息；其中，几何信息主要包括顶点坐标集、三角面片索引集、三角面片顶点索引集；
(2)根据初步解析中得到的几何数据，构建各个三角面片，得到三角面片数据集合S1；
(3)新建一个三角面片数据集S i ，取集合S1中的第一个三角面片s0，将s0加入到S i ，并从S1中剔除s0；
(4)遍历集合S1中的三角面片s j ，如果s j 与集合S i 中的任意三角面片具有连通性，则将s j 放入集合S i ，并将s j 从集合S1中剔除，S1遍历完毕即得到一个集合S i ；
(5)重复步骤3的过程(3)和(4)，直到集合S1中不包含任何三角面片，此时得到M个三角面片数据集S i (1≤i≤M)；
(6)判断本瓦片的有效性，得到本瓦片的有效三角面片数据集S v 和待定三角面片数据集集合SS w ；
步骤2，遍历一个三维场景中的所有瓦片数据，确定有效瓦片数据集T v 和待定瓦片数据集T w ；具体处理过程为：
新建瓦片集合T v ，T w ；遍历一个三维场景内的所有瓦片数据，根据步骤3判断各瓦片的有效性，将有效瓦片加入到有效瓦片数据集T v ，将待定瓦片加入到待定瓦片数据集T w ；
步骤3，判断T w 中各瓦片与有效瓦片的连通性，扩充T v 并缩减T w ；具体过程为：
(1)取出待定瓦片数据集T w 中第一个瓦片数据t0，新建一个邻接瓦片数据集T n ；
(2)采用瓦片邻接性判断方法，从有效瓦片数据集T v 中找出所有与t0相邻接的瓦片并放入到邻接瓦片数据集T n 中；
(3)如果T n 中瓦片个数为0，即未找到邻接瓦片，此时不能判定t0是否孤立，因为此时其邻接瓦片不一定在有效瓦片集T v 中，将t0移动到T w 的末尾，继续执行过程步骤5的过程(1)；如果T n 中瓦片数据大于0，则继续执行后续过程；
(4)新建一个计数器N，初始化为0，遍历邻接瓦片集T n 中各瓦片t i ；
(5)采用瓦片连通性判断方法判断t0与t i 是否具有连通性，如果连通则将N加1；
(6)重复步骤5的过程（5），直到T n 遍历完毕；如果N等于0，此时仍然不能判定t0是否孤立，因为此时其邻接瓦片不一定全部都在有效瓦片集T v 中，将t0移动到T w 的末尾，继续执行步骤5的过程(1)；如果N大于0，则将其加入到有效瓦片数据集T v 并从待定瓦片数据集T w 中剔除；
(7)重复过程步骤5的过程(1)~(6)，直到T w 中的瓦片数为0或者T w 中的瓦片不与任何有效瓦片连通，即孤立瓦片，停止循环，此时得到一个整体的有效瓦片数据集T v ，或一个整体的有效瓦片数据集T和一个孤立瓦片数据集T g ；
步骤4，判断T v 中各瓦片各待定三角面片数据集的连通性，不与有效三角面片数据集连通的待定三角面片数据集即判定为悬浮物；具体处理过程为：
(1)取出有效瓦片数据集T v 中的第一个瓦片t0，新建一个计数器N，初始化为0；
(2)遍历T v 中余下的各瓦片数据t i ，采用瓦片邻接性判断方法判定t i 与t0的邻接关系，如果不具有邻接关系，继续遍历下一个瓦片；如果具有邻接关系，则获取其有效三角面片数据集S v (t i )；
(3)遍历瓦片t0中的待定三角面片数据集集合SS w 中的各三角面片数据集S i ，采用三角面片数据集连通性判断方法判断S i 与S v (t i )及t j 中非悬浮物数据集的连通性，如果具有连通性，则将数据集S i 标记为非悬浮物并将S i 从SS w 中移出；
(4)重复步骤6的过程(3)，直到SS w 遍历完毕；
(5)重复步骤6的过程(2)~(4)，直到T v 中余下的各瓦片遍历完毕，将t0移动到T v 的末尾，N加1；
(6)重复步骤6的过程(1)~(5)，直到N等于T v 中的瓦片个数，即T v 中的各个瓦片都与其全部邻接瓦片进行过连通性判断，停止循环；此时，T v 中各瓦片中的所有待定三角面片数据集判定为悬浮物，孤立瓦片集T g 判定为无效瓦片，孤立瓦片中的所有三角面片数据集视作悬浮物进行处理；
步骤5，删除各瓦片中的悬浮物，保存各瓦片中的有效数据；具体处理过程为：
(1)依据悬浮物数据集的几何信息与纹理信息的对应关系，删除其包含的几何数据和纹理数据；
(2)将余下的数据，即有效数据按瓦片重新保存为osgb格式的文件。
本发明的方法中命名原则是：
瓦片数据集以T加下标命名，如T v ，
瓦片数据以t加下标命名，如t0；
三角面片数据集以S加下标命名，如S v ；
三角面片以s加下标命名，如s0；
三角面片数据集集合以SS加下标命名，如SS w ；
某瓦片中的有效三角面片数据集命名为S加下标加小括号，括号内为瓦片数据名命名，如S v (t0)。
所述的三角面片连通性判断方法是：如果两个三角面片中包含至少一个公共顶点，则判定这两个三角形互相连通，简称原则1。
所述的三角面片数据集连通性判断方法是：假设存在两个三角面片数据集（由具有连通性的三角面片组成的集合）S1与S2，如果S1中的某个三角面片s i 与S2中的某个三角面片s j 具有连通性，则判定这两个三角面片数据集具有连通性，简称原则2。
所述的单个瓦片有效性及其有效三角面片数据集判断方法是：假设存在一个瓦片数据t1，其包含若干个三角面片数据集S i (i>0)，如果有且仅有一个（唯一性）数据集S k 中三角面片顶点的高斯投影平面坐标包含本瓦片全部四个顶点的高斯投影平面坐标，则本瓦片判断为有效瓦片，S k 判断为本有效瓦片中的有效三角面片数据集（即S w ），其它三角面片数据集S i 均判断为待定三角片数据集并加入到本瓦片的集合SS w ；否则，本瓦片判定为待定瓦片，其三角面片数据集全部加入到集合SS w ，简称原则3。
所述的瓦片邻接性判断方法是：假设存在同一个三维场景中的两个瓦片数据t1与t2，如果它们的行编号相同且列编号相邻，或者列编号相同且行编号相邻，则判断t1与t2互相邻接，简称原则4。
所述的瓦片连通性判断方法是：假设存在两个互相邻接的瓦片t1和t2，如果t1中存在某个待定三角面片数据集S i 与t2中的有效三角面片数据集S v 具有连通性，则判定t1与t2互相连通，简称原则5。
本发明设计合理，具有自动化程度高、效率高、准确性好、成本低等特点。具体体现为：
1、利用基于倾斜摄影测量方式建模得到的三维模型成果，转化为osgb格式，利用OSG库解析并获得几何信息、纹理信息以及两者之间的对应关系，通过三角面片的连通性判断实现对悬浮物的自动识别，从而实现OSGB模型中悬浮物的自动批量删除功能，减少人工处理时间。
2、识别出的悬浮物准确且不存在遗漏，避免人工剔除时误删和漏删的缺点。
3、自动化程度高，悬浮物自动识别和批量删除的整个过程中无需人工干预，直接得到无悬浮物的三维模型数据。
4、整个三维模型场景视为一个整体进行处理，考虑了瓦片间的邻接关系，能够保证最终结果模型的完整性。
附图说明
图1是本发明的总体处理流程图。
图2是步骤3单个瓦片有效性判断的处理流程图。
图3是步骤5待定瓦片连通性判断的处理流程图。
图4步骤6悬浮物判断的处理流程图。
图5a为三维模型成果osgb格式示例。
图5b为三维模型基本信息。
图5c为有效Tile示例。
图5d待定Tile判断示例。
图5e悬浮物判断示例。
具体实施方式
实施例1：OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，包括以下步骤：
步骤1，利用现有基于倾斜摄影测量方式建模得到的三维模型成果，转化为osgb格式；
如图5a为某项目的瓦片数据，是一个Tile文件集。一个Tile为一个文件夹，Tile文件根据项目坐标原点统一命名，同一项目中所有Tile命名唯一无重复。其中，单个Tile内的文件为osgb格式数据。
步骤2，根据构建三维模型时的基本信息，包括分块起始点的高斯投影平面坐标、瓦片的分块大小和重叠度以及瓦片编号，计算各瓦片（Tile）区域四个顶点的高斯投影平面坐标，如图5b所示。
步骤3，确定单个瓦片数据的有效性并获取其唯一一个有效三角面片数据集S v 和待定三角面片数据集集合SS w ，如图5c所示；具体步骤为：
(1)对于单个瓦片数据t0，利用OpenSceneGraph（简称OSG）库读取数据，解析出该瓦片的几何信息和纹理信息；其中，几何信息主要包括顶点坐标集、三角面片索引集、三角面片顶点索引集；
(2)根据初步解析中得到的几何数据，构建各个三角面片，得到三角面片数据集合S1；
(3)新建一个三角面片数据集S i ，取集合S1中的第一个三角面片s0，将s0加入到S i ，并从S1中剔除s0；
(4)遍历集合S1中的三角面片s j ，如果s j 与集合S i 中的任意三角面片具有连通性，采用原则1判断，则将s j 放入集合S i ，并将s j 从集合S1中剔除，S1遍历完毕即得到一个集合S i ；
(5)重复步骤3的过程(3)和(4)，直到集合S1中不包含任何三角面片，此时得到M个三角面片数据集S i (1≤i≤M)；
(6)根据原则3判断本瓦片的有效性，得到本瓦片的有效三角面片数据集S v 和待定三角面片数据集集合SS w ；
步骤4，遍历一个三维场景中的所有瓦片数据，确定有效瓦片数据集T v 和待定瓦片数据集T w ；具体处理过程为：
新建瓦片集合T v ，T w ；遍历一个三维场景内的所有瓦片数据，根据步骤3判断各瓦片的有效性，将有效瓦片加入到有效瓦片数据集T v ，将待定瓦片加入到待定瓦片数据集T w 。
步骤5，判断T w 中各瓦片与有效瓦片的连通性，扩充T v 并缩减T w ；具体过程为：
(1)取出待定瓦片数据集T w 中第一个瓦片数据t0，新建一个邻接瓦片数据集T n ；
(2)采用瓦片邻接性判断方法，即根据原则4从有效瓦片数据集T v 中找出所有与t0相邻接的瓦片并放入到邻接瓦片数据集T n 中；
(3)如果T n 中瓦片个数为0，即未找到邻接瓦片，此时不能判定t0是否孤立，因为此时其邻接瓦片不一定在有效瓦片集T v 中，将t0移动到T w 的末尾，继续执行过程步骤5的过程(1)；如果T n 中瓦片数据大于0，则继续执行后续过程；
(4)新建一个计数器N，初始化为0，遍历邻接瓦片集T n 中各瓦片t i ；
(5)采用瓦片连通性判断方法，即根据原则5判断t0与t i 是否具有连通性，如果连通则将N加1；
(6)重复步骤5的过程（5），直到T n 遍历完毕；如果N等于0，此时仍然不能判定t0是否孤立，因为此时其邻接瓦片不一定全部都在有效瓦片集T v 中，将t0移动到T w 的末尾，继续执行步骤5的过程(1)；如果N大于0，则将其加入到有效瓦片数据集T v 并从待定瓦片数据集T w 中剔除；
(7)重复过程步骤5的过程(1)~(6)，直到T w 中的瓦片数为0或者T w 中的瓦片不与任何有效瓦片连通，即孤立瓦片，停止循环，此时得到一个整体的有效瓦片数据集T v ，或一个整体的有效瓦片数据集T和一个孤立瓦片数据集T g 。
经步骤4和步骤5处理后，模型如图5d 所示，已判断出有效Tile Tv(t0)，根据Tile间的连通性可判断待定Tile Tw(t1)以及待定Tile Tw(t2)为有效Tile Tw(t1)和有效TileTw(t2)；同理，根据Tile间连通性可判断待定Tile Tw(t3)的有效性。
步骤6，判断T v 中各瓦片各待定三角面片数据集的连通性，不与有效三角面片数据集连通的待定三角面片数据集即判定为悬浮物，如图5e所示，具体处理过程为：
(1)取出有效瓦片数据集T v 中的第一个瓦片t0，新建一个计数器N，初始化为0；
(2)遍历T v 中余下的各瓦片数据t i ，采用瓦片邻接性判断方法，即根据原则4判定t i 与t0的邻接关系，如果不具有邻接关系，继续遍历下一个瓦片；如果具有邻接关系，则获取其有效三角面片数据集S v (t i )；
(3)遍历瓦片t0中的待定三角面片数据集集合SS w 中的各三角面片数据集S i ，采用三角面片数据集连通性判断方法，即根据原则2判断S i 与S v (t i )及t j 中非悬浮物数据集的连通性，如果具有连通性，则将数据集S i 标记为非悬浮物并将S i 从SS w 中移出；
(4)重复步骤6的过程(3)，直到SS w 遍历完毕；
(5)重复步骤6的过程(2)~(4)，直到T v 中余下的各瓦片遍历完毕，将t0移动到T v 的末尾，N加1；
(6)重复步骤6的过程(1)~(5)，直到N等于T v 中的瓦片个数，即T v 中的各个瓦片都与其全部邻接瓦片进行过连通性判断，停止循环；此时，T v 中各瓦片中的所有待定三角面片数据集判定为悬浮物，孤立瓦片集T g 判定为无效瓦片，孤立瓦片中的所有三角面片数据集视作悬浮物进行处理。
步骤7，删除各瓦片中的悬浮物，保存各瓦片中的有效数据；具体处理过程为：
(1)依据悬浮物数据集的几何信息与纹理信息的对应关系，删除其包含的几何数据和纹理数据；
(2)将余下的数据，即有效数据按瓦片重新保存为osgb格式的文件。

Claims (5)

1.OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，确定三维模型中单个瓦片数据的有效性，并获取其唯一一个有效三角面片数据集S v 和待定三角面片数据集集合SS w ；具体步骤为：
(1)对于单个瓦片数据t0，利用OpenSceneGraph（简称OSG）库读取数据，解析出该瓦片的几何信息和纹理信息；其中，几何信息主要包括顶点坐标集、三角面片索引集、三角面片顶点索引集；
(2)根据初步解析中得到的几何数据，构建各个三角面片，得到三角面片数据集合S1；
(3)新建一个三角面片数据集S i ，取集合S1中的第一个三角面片s0，将s0加入到S i ，并从S1中剔除s0；
(4)遍历集合S1中的三角面片s j ，如果s j 与集合S i 中的任意三角面片具有连通性，则将s j 放入集合S i ，并将s j 从集合S1中剔除，S1遍历完毕即得到一个集合S i ；
(5)重复步骤3的过程(3)和(4)，直到集合S1中不包含任何三角面片，此时得到M个三角面片数据集S i (1≤i≤M)；
(6)判断本瓦片的有效性，得到本瓦片的有效三角面片数据集S v 和待定三角面片数据集集合SS w ；
步骤2，遍历一个三维场景中的所有瓦片数据，确定有效瓦片数据集T v 和待定瓦片数据集T w ；具体处理过程为：
新建瓦片集合T v ，T w ；遍历一个三维场景内的所有瓦片数据，根据步骤3判断各瓦片的有效性，将有效瓦片加入到有效瓦片数据集T v ，将待定瓦片加入到待定瓦片数据集T w ；
步骤3，判断T w 中各瓦片与有效瓦片的连通性，扩充T v 并缩减T w ；具体过程为：
(1)取出待定瓦片数据集T w 中第一个瓦片数据t0，新建一个邻接瓦片数据集T n ；
(2)采用瓦片邻接性判断方法，从有效瓦片数据集T v 中找出所有与t0相邻接的瓦片并放入到邻接瓦片数据集T n 中；
(3)如果T n 中瓦片个数为0，即未找到邻接瓦片，此时不能判定t0是否孤立，因为此时其邻接瓦片不一定在有效瓦片集T v 中，将t0移动到T w 的末尾，继续执行过程步骤5的过程(1)；如果T n 中瓦片数据大于0，则继续执行后续过程；
(4)新建一个计数器N，初始化为0，遍历邻接瓦片集T n 中各瓦片t i ；
(5)采用瓦片连通性判断方法判断t0与t i 是否具有连通性，如果连通则将N加1；
(6)重复步骤5的过程（5），直到T n 遍历完毕；如果N等于0，此时仍然不能判定t0是否孤立，因为此时其邻接瓦片不一定全部都在有效瓦片集T v 中，将t0移动到T w 的末尾，继续执行步骤5的过程(1)；如果N大于0，则将其加入到有效瓦片数据集T v 并从待定瓦片数据集T w 中剔除；
(7)重复过程步骤5的过程(1)~(6)，直到T w 中的瓦片数为0或者T w 中的瓦片不与任何有效瓦片连通，即孤立瓦片，停止循环，此时得到一个整体的有效瓦片数据集T v ，或一个整体的有效瓦片数据集T和一个孤立瓦片数据集T g ；
步骤4，判断T v 中各瓦片各待定三角面片数据集的连通性，不与有效三角面片数据集连通的待定三角面片数据集即判定为悬浮物；具体处理过程为：
(1)取出有效瓦片数据集T v 中的第一个瓦片t0，新建一个计数器N，初始化为0；
(2)遍历T v 中余下的各瓦片数据t i ，采用瓦片邻接性判断方法判定t i 与t0的邻接关系，如果不具有邻接关系，继续遍历下一个瓦片；如果具有邻接关系，则获取其有效三角面片数据集S v (t i )；
(3)遍历瓦片t0中的待定三角面片数据集集合SS w 中的各三角面片数据集S i ，采用三角面片数据集连通性判断方法判断S i 与S v (t i )及t j 中非悬浮物数据集的连通性，如果具有连通性，则将数据集S i 标记为非悬浮物并将S i 从SS w 中移出；
(4)重复步骤6的过程(3)，直到SS w 遍历完毕；
(5)重复步骤6的过程(2)~(4)，直到T v 中余下的各瓦片遍历完毕，将t0移动到T v 的末尾，N加1；
(6)重复步骤6的过程(1)~(5)，直到N等于T v 中的瓦片个数，即T v 中的各个瓦片都与其全部邻接瓦片进行过连通性判断，停止循环；此时，T v 中各瓦片中的所有待定三角面片数据集判定为悬浮物，孤立瓦片集T g 判定为无效瓦片，孤立瓦片中的所有三角面片数据集视作悬浮物进行处理；
步骤5，删除各瓦片中的悬浮物，保存各瓦片中的有效数据；具体处理过程为：
(1)依据悬浮物数据集的几何信息与纹理信息的对应关系，删除其包含的几何数据和纹理数据；
(2)将余下的数据，即有效数据按瓦片重新保存为osgb格式的文件。
2.如权利要求1所述的OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，其特征在于所述的三角面片连通性判断方法是：如果两个三角面片中包含至少一个公共顶点，则判定这两个三角形互相连通。
3.如权利要求1所述的OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，其特征在于所述的三角面片数据集连通性判断方法是：假设存在两个三角面片数据集，由具有连通性的三角面片组成的集合S1与S2，如果S1中的某个三角面片s i 与S2中的某个三角面片s j 具有连通性，则判定这两个三角面片数据集具有连通性。
4.如权利要求1所述的OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，其特征在于所述的单个瓦片有效性及其有效三角面片数据集判断方法是：假设存在一个瓦片数据t1，其包含若干个三角面片数据集S i (i>0)，如果有且仅有一个唯一性数据集S k 中三角面片顶点的高斯投影平面坐标包含本瓦片全部四个顶点的高斯投影平面坐标，则本瓦片判断为有效瓦片，S k 判断为本有效瓦片中的有效三角面片数据集，即S w ，其它三角面片数据集S i 均判断为待定三角片数据集并加入到本瓦片的集合SS w ；否则，本瓦片判定为待定瓦片，其三角面片数据集全部加入到集合SS w 。
5.如权利要求1所述的OSGB倾斜模型的悬浮物自动批量删除方法，其特征在于所述的瓦片邻接性判断方法是：假设存在同一个三维场景中的两个瓦片数据t1与t2，如果它们的行编号相同且列编号相邻，或者列编号相同且行编号相邻，则判断t1与t2互相邻接，简称原则4，所述的瓦片连通性判断方法是：假设存在两个互相邻接的瓦片t1和t2，如果t1中存在某个待定三角面片数据集S i 与t2中的有效三角面片数据集S v 具有连通性，则判定t1与t2互相连通。
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