CN112634455B - 一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法，所述方法采用计算机进行处理，包括：获取待处理的模型文件；其中待处理的模型文件为：与目标棱线相交的模型文件；待处理的模型文件包括相应的模型文件数据；其中模型文件数据包括：模型文件的几何信息和模型文件的纹理信息；模型文件的几何信息包括：空间三角网中的三角形各顶点坐标和纹理坐标；针对待处理的模型文件进行线程任务分配，获取多个线程任务；并执行多个线程任务，获取第二棱线；第二棱线为目标棱线修复后的棱线；其中每一线程任务为根据一个模型文件预先绘制的目标棱线获取与模型文件对应的三角形，并根据三角形对模型文件融合。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型修整技术领域，尤其涉及一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法。
背景技术
倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，已经成为城市建模的主要途径，它不仅能够真实地反应地物情况，而且具有丰富的地理和影像信息，它的应用使得高昂的城市建模成本得以大大降低。然而，倾斜摄影测量重建的三维城市模型大多应用于在浏览查看；人工交互式建模主要是针对单体建筑的精细化建模，虽然效果很好、精度很高，但在数字城市平台中并不是所有三维建筑模型都需要很高的精度。因此，直接对非地标性建筑物的倾斜摄影测量三维模型进行简单的交互式编辑，即可满足城市建模的效果需求。对三维模型的交互式编辑进一步降低了城市建模成本、提升了建模效率，是对现有人工交互式建模的补充。
但是，由于摄影测量精度等问题的影响，倾斜摄影测量三维模型在拐角棱线处结构粗糙、噪声较大，需要通过交互式编辑进行修复才能满足数字城市平台展示和分析的需求，而修复的关键就在于如何修复三维模型的局部结构。但在这些区域，模型规则性缺失、特征不明显，通过提取特征线再借助特征线进一步处理的方式构建拓扑和提取特征等预处理耗时较长，亟须一种有效、快速的三维模型棱线修复方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法，所述方法采用计算机进行处理，包括：
S1、获取待处理的模型文件；
其中所述待处理的模型文件为：与预先绘制的目标棱线相交的模型文件；
所述待处理的模型文件包括相应的模型文件数据；
其中所述模型文件数据包括：模型文件的几何信息和模型文件的纹理信息；
所述模型文件的几何信息包括：空间三角网中的三角形各顶点坐标和纹理坐标；
所述模型文件的纹理信息包括：用于渲染真实纹理的图片；
S2、针对所述待处理的模型文件进行线程任务分配，获取多个线程任务；并执行所述多个线程任务，获取第二棱线；
所述第二棱线为所述目标棱线修复后的棱线；
其中每一线程任务为根据一个模型文件和所述预先绘制的目标棱线获取与所述模型文件对应的三角形，并根据所述三角形对所述模型文件融合。
优选的，所述步骤S2包括：
获取当前计算机的核心数CoreNums，并将所述核心数CoreNums作为线程池的线程数；
根据所述待处理的模型文件个数获取与所述待处理的模型文件数量相同的多个线程任务，并将所述多个线程任务提交给线程池执行所述线程任务，直至所有线程任务执行完成。
优选的，所述步骤S2中执行每一所述线程任务的过程具体包括：
S21、基于所述待处理的模型文件和所述预先绘制的目标棱线，获取符合第一预设条件的第一三角形；
S22、将所述第一三角形和所述预先绘制的目标棱线投影至相应的平面，并获取得到在同一平面的三角形数据集Ts和切割线P以及相应的三维坐标；
S23、基于所述同一平面的三维坐标，在所述平面中建立局部平面直角坐标系，并将所述三维坐标转换至所述局部平面直角坐标系下的二维坐标；
S24、基于所述二维坐标，对所述第一三角形进行切割，获取切割后的三角网；
S25、基于所述切割后的三角网，进行三维模型重构处理。
优选的，所述S21包括：
S211、从所述待处理的模型文件提取空间三角网中的三角形各顶点坐标和纹理坐标，并生成以所述预先绘制的目标棱线为轴心半径为r的圆柱体；
其中，r为预先设定的；
S213、采用公式(1)计算三角网中每一三角形顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d；
其中，公式(1)为：
其中，p为待计算的三角形顶点的坐标，Lstart、Lend分别为所述目标棱线的起点和终点；
S214、根据所述三角形顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d，确定满足第一预设条件的第一三角形；
其中所述第一预设条件为：三角形的一个顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d小于或等于r。
优选的，所述S22包括：
S221、基于所述第一三角形，获取所述第一三角形的法向量集Vall；
所述第一三角形的法向量集Vall包括所有所述第一三角形的单位化的法向量；
S222、针对所述第一三角形的法向量集Vall，采用欧式聚类算法进行处理，获取第一法向量集和第二法向量集；
其中所述欧式聚类算法中的欧式距离为Length；
其中，
其中，α为法向量的角度；
其中所述第一法向量集中包括：预先设定的数量nummin的第一三角形的法向量；
其中所述第二法向量集中包括：预先设定的数量nummax的第一三角形的法向量；
基于第一法向量集和第二法向量集，确定第一法向量集中的法向量的平均值v1和第二法向量集中的法向量的平均值v2；
S223、根据所述第一法向量集的法向量的平均值v1和第二法向量集的法向量的平均值v2，采用公式(2)将所述第一三角形和所述目标棱线投影至投影面，得到在同一平面的三角形数据集Ts和切割线P以及相应的投影点三维坐标；
所述三角形数据集Ts包括：所述第一三角形投影至投影面后所对应的第二三角形；
所述切割线P为所述预先设定的目标棱线投影至投影面后所对应的线段；其中所述切割线p的两端分别为第一端点和第二端点；
其中，公式(2)为：
其中p'为第一三角形的顶点在投影面中投影点的三维坐标；
p为第一三角形的顶点的三维坐标；
F为投影面中一点三维坐标；
v为投影面的法向量，其中v＝(v1+v2)/2。
优选的，所述S23具体包括：
基于所述三角形数据集Ts和切割线P的以及相应的投影点三维坐标三维坐标，采用公式(3)转化为对应的二维坐标；
其中公式(3)为：
x为二维X轴的坐标；
y为二维Y轴的坐标；
p’为第一三角形的顶点在投影面中投影点的三维坐标；
o’预先设定的局部坐标原点的三维坐标；
为X轴的法向量；
为Y轴的法向量；
其中，所述X轴的方向为预先设定的局部坐标原点指向第一三角形的顶点在投影面中投影点的方向；
其中，所述Y轴的方向为与所述X轴垂直的方向。
优选的，所述S24包括：
S241、采用公式(4)确定所述三角形数据集Ts中任一第二三角形的各顶点与所述切割线P的位置关系；
其中，所述公式(4)为：
result＝(y1-y2)*x0+(x2-x1)*y0+x1*y2-x2*y1；
其中result为公式(4)的计算的结果；
x1为所述切割线P的第一端点的X轴的坐标；
y1为所述切割线P的第一端点的Y轴的坐标；
x2为所述切割线P的第二端点的X轴的坐标；
y2为所述切割线P的第二端点的Y轴的坐标；
x0和y0分别为任一第二三角形中的任一顶点的X轴和Y轴的坐标；
其中，若所述公式(4)的计算的结果大于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P左侧；
若所述公式(4)的计算的结果小于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P右侧；
若所述公式(4)的计算的结果等于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P的线上；
S242、根据所述第二三角形中的任一顶点与所述切割线P的位置关系，确定所述第二三角形中的任一顶点的状态值；
其中，若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P左侧，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为-1；
若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P右侧，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为1；
若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P的线上，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为0；
S243、基于所述第二三角形中的任一顶点的状态值，判断切割线P与所述第二三角形的位置关系，获取判断结果；具体包括：
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积都不小于0，则所述判断结果为所述第二三角形不与切割线P相交；
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积存在小于0且没有端点在第二三角形内，则所述第二三角形与切割线P相交；
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积存在小于0且有端点在第二三角形内，则所述第二三角形内含有切割线P端点；
S244、根据所述判断结果，对所述第二三角形进行切割处理，获取切割后的三角形；具体包括：
若所述判断结果为所述切割线P与第二三角形相交，则采用预先设定的第一分割方法，对所述第二三角形进行分割处理，获取相应的分割后的三角形；
其中所述预先设定的第一分割方法包括：
确定所述切割线P与第二三角形的两个交点；
连接所述所述切割线P与第二三角形的两个交点，组成一个第三三角形；
再将所述切割线P与第二三角形的两个交点和剩下两个第二三角形的顶点组成的四边形的对角连接生成两个第四三角形；
若所述判断结果为所述第二三角形内含有目标棱线端点，则在第二三角形内的顶点做棱线的切割线P；
过棱线的端点做与切割线P垂直的辅助线L，基于所述辅助线L将所述第二三角形分为一个第五三角形和一个四边形；
将所述四边形的对角连接，生成两个第六三角形；
然后采用预先设定的第一分割方法针对所述生成的两个第六三角形进行分割，分别获取所述生成的两个第六三角形的相应的分割后的三角形；
S245、重复步骤S241-S245直至完成对所有的第二三角形的切割，得到三角网Ts’；
其中，所述包括：所有第二三角形切割后的三角形。
优选的，所述步骤S25包括：
S251、采用公式(5)计算第二交点所对应的纹理坐标；
其中，所述第二交点为切割线P切割第二三角形中增加的切割线P与第二三角形边的交点；
其中uJD和vJD为第二交点的纹理坐标；
p1为第二交点所在的三角形边的一个顶点；
p2为第二交点所在的三角形边的另一顶点；
up1为第二交点所在三角形边的一个顶点p1的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中u轴方向的值；
vp1为第二交点所在三角形边的一个顶点p1的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中v轴方向的值；
up2为第二交点所在三角形边的另一顶点p2的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中u轴方向的值；
vp2为第二交点所在三角形边的另一顶点p2的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中v轴方向的值；
d0为第二交点到顶点p1的距离；
D为三角形与切割线相交的边的边长；
S252、根据切割后的三角形的三个顶点坐标，采用公式(6)计算所述切割后的三角形的重心；
其中，公式(6)为：
其中pT为切割后的三角形的重心坐标，p1、p2、p3为切割后的三角形的三个顶点坐标；
S253、根据切割线P和所述切割后的三角形的重心，将切割后的三角形分为重心在切割线左侧的三角形Ts’left和重心在切割线右侧的三角形Ts’right；
S254、根据所述v1、v2结合所述目标棱线，拟合为两个平面F1和F2；
所述v1为所述F1平面的法向量；
目标棱线中点为所述F1平面中的一点；
所述v2为所述F2平面的法向量；
目标棱线中点为所述F2平面中的一点；
S255、将Ts’left和Ts’right对应的模型文件的顶点分别采用公式(2)投影至F1和F2两个平面，对应切割所增加的交点采用线性插值投影至目标棱线上；
S256、将满足第一预设条件的第一三角形从模型文件中删除，并将切割并修整坐标后的Ts’left和Ts’right融入模型文件。
优选的，在S1之前还包括：
A1、针对基于预先获取的无人机三维模型，创建包含三维模型文件的外包信息和Tile的外包信息的表；
所述三维模型的外包信息为三维模型文件在空间中的最小外包盒空间坐标系中的最小x轴坐标xmin、最小y轴坐标ymin、最小z轴坐标zmin、最大x轴坐标xmax、最大y轴坐标ymax、最大z轴坐标zmax；
所述Tile的外包信息为瓦片的外包信息；
其中瓦片包含多个三维模型文件；
A2、按照Tile遍历模型文件，将每一Tile中的所有模型文件的外包信息存储于预先设定的相应的Tile的索引表中；
遍历所有Tile，在结束之后将每一个Tile中的模型文件存储于预先设定的LocalModel主索引表中；
A3、根据预先绘制的目标棱线，获取所述目标棱线的外包盒Boxline；
根据所述目标棱线的外包盒Boxline以及LocalModel表中每一Tile的外包信息，并采用AABB碰撞检测筛选出相交Tile；
根据所述目标棱线的外包盒Boxline与所述相交Tile的对应的索引表中各模型文件的外包信息，通过AABB碰撞检测，筛选出与所述目标棱线的外包盒Boxline相交的模型文件。
优选的，所述步骤S1为：
S1、将与所述目标棱线的外包盒Boxline相交的模型文件作为待处理的模型文件。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法，采用构建投影面并对三角形和棱线进行投影和转化为二维坐标；然后在二维平面对三角形切割，接着将切割后的三角形还原至三维空间；最后模型融合，修改模型文件，完成棱线修复。处理速度较快能够满足人机交互的要求、能够修整棱线局部的几何结构解决了三维模型与现实场景不符的错误结构的问题和避免了直接拉直可能造成三角形自相交导致渲染错误的问题。
附图说明
图1为本发明的一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法流程图；
图2为本发明的一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法示意图；
图3为本发明实施例中的由目标棱线构建的圆柱体的示意图；
图4为本发明实施例中的第一三角形的各三角形法向量示意图；
图5为本发明实施例中的第一三角形的各三角形单位法向量的分布图；
图6为本发明实施例中的第一三角形投影至二维平面的示意图；
图7为本发明实施例中切割线P与第二三角形相交的情况下的切割三角形方式示意图；
图8为本发明实施例中第二三角形内含有目标棱线端点的情况下切割三角形方式示意图；
图9为本发明实施例中目标棱线周边三角网示意图；
图10为本发明实施例中的目标棱线修复前后对比示意图；
图11为本发明实施例中的包含三维模型文件的外包信息和Tile的外包信息的表的示意图；
图12为本发明实施例中图11中的表的字段图；
图13为本发明实施例中的LocalModel_主索引表示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参见图1、图2，本实施例提供一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法，所述方法采用计算机进行处理，包括：
S1、获取待处理的模型文件。
其中所述待处理的模型文件为：与预先绘制的目标棱线相交的模型文件。
所述待处理的模型文件包括相应的模型文件数据。
其中所述模型文件数据包括：模型文件的几何信息和模型文件的纹理信息。
所述模型文件的几何信息包括：空间三角网中的三角形各顶点坐标和纹理坐标。
所述模型文件的纹理信息包括：用于渲染真实纹理的图片。
S2、针对所述待处理的模型文件进行线程任务分配，获取多个线程任务；并执行所述多个线程任务，获取第二棱线。
所述第二棱线为所述目标棱线修复后的棱线。
其中每一线程任务为根据一个模型文件和所述预先绘制的目标棱线获取与所述模型文件对应的三角形，并根据所述三角形对所述模型文件融合。
本实施例中，所述步骤S2包括：
获取当前计算机的核心数CoreNums，并将所述核心数CoreNums作为线程池的线程数。
根据所述待处理的模型文件个数获取与所述待处理的模型文件数量相同的多个线程任务，并将所述多个线程任务提交给线程池执行所述线程任务，直至所有线程任务执行完成。
本实施例中，结合无人机三维模型文件的以瓦片+LOD的形式存储特性，采用多线程的方式并行执行棱线修复操作，提高运行效率。
在S1得到待处理模型文件后，将每一个模型文件和绘制的棱线组合为一个线程任务，然后用当前计算的CPU线程数初始化线程池，最后将线程任务提交给线程池开始执行任务，直至所有任务完成。
本实施例中，所述步骤S2中执行每一所述线程任务的过程具体包括：
S21、基于所述待处理的模型文件和所述预先绘制的目标棱线，获取符合第一预设条件的第一三角形。
在本实施例的实际应用中，在每一个线程任务中，首先根据模型文件名称，采用OSG库解析模型数据，得到顶点坐标、纹理坐标、三角网和纹理数据，然后以棱线为轴心构建半径为r的圆柱体；再遍历三角网，筛选出满足顶点在圆柱体内条件的第一三角形。
S22、将所述第一三角形和所述预先绘制的目标棱线投影至相应的平面，并获取得到在同一平面的三角形数据集Ts和切割线P以及相应的三维坐标。
S23、基于所述同一平面的三维坐标，在所述平面中建立局部平面直角坐标系，并将所述三维坐标转换至所述局部平面直角坐标系下的二维坐标。
S24、基于所述二维坐标，对所述第一三角形进行切割，获取切割后的三角网。
S25、基于所述切割后的三角网，进行三维模型重构处理。
本实施例中，所述S21包括：
S211、从所述待处理的模型文件提取空间三角网中的三角形各顶点坐标和纹理坐标，并生成以所述预先绘制的目标棱线为轴心半径为r的圆柱体；参见图3所示。
其中，r为预先设定的。
S213、采用公式(1)计算三角网中每一三角形顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d；
其中，公式(1)为：
其中，p为待计算的三角形顶点的坐标，Lstart、Lend分别为所述目标棱线的起点和终点。
S214、根据所述三角形顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d，确定满足第一预设条件的第一三角形。
其中所述第一预设条件为：三角形的一个顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d小于或等于r。
本实施例中，所述S22包括：
S221、基于所述第一三角形，获取所述第一三角形的法向量集Vall。
所述第一三角形的法向量集Vall包括所有所述第一三角形的单位化的法向量；在本实施例中各第一三角形的向量分布如图4所示。
S222、针对所述第一三角形的法向量集Vall，参见图5，采用欧式聚类算法进行处理，获取第一法向量集和第二法向量集。
其中所述欧式聚类算法中的欧式距离为Length；
其中，
其中，α为法向量的角度。
其中所述第一法向量集中包括：预先设定的数量nummin的第一三角形的法向量。
其中所述第二法向量集中包括：预先设定的数量nummax的第一三角形的法向量。
基于第一法向量集和第二法向量集，确定第一法向量集中的法向量的平均值v1和第二法向量集中的法向量的平均值v2。
S223、根据所述第一法向量集的法向量的平均值v1和第二法向量集的法向量的平均值v2，采用公式(2)将所述第一三角形和所述目标棱线投影至投影面，参见图6，得到在同一平面的三角形数据集Ts和切割线P以及相应的投影点三维坐标。
所述三角形数据集Ts包括：所述第一三角形投影至投影面后所对应的第二三角形。
所述切割线P为所述预先设定的目标棱线投影至投影面后所对应的线段；其中所述切割线p的两端分别为第一端点和第二端点。
其中，公式(2)为：
其中p'为第一三角形的顶点在投影面中投影点的三维坐标。
p为第一三角形的顶点的三维坐标。
F为投影面中一点三维坐标。
v为投影面的法向量，其中v＝(v1+v2)/2。
本实施例中，所述S23具体包括：
基于所述三角形数据集Ts和切割线P的以及相应的投影点三维坐标三维坐标，采用公式(3)转化为对应的二维坐标。
其中公式(3)为：
x为二维X轴的坐标。
y为二维Y轴的坐标。
p’为第一三角形的顶点在投影面中投影点的三维坐标。
o’预先设定的局部坐标原点的三维坐标。
为X轴的法向量。
为Y轴的法向量。
其中，所述X轴的方向为预先设定的局部坐标原点指向第一三角形的顶点在投影面中投影点的方向。
其中，所述Y轴的方向为与所述X轴垂直的方向。
本实施例中，所述S24包括：
S241、采用公式(4)确定所述三角形数据集Ts中任一第二三角形的各顶点与所述切割线P的位置关系。
其中，所述公式(4)为：
result＝(y1-y2)*x0+(x2-x1)*y0+x1*y2-x2*y1。
其中result为公式(4)的计算的结果；
x1为所述切割线P的第一端点的X轴的坐标。
y1为所述切割线P的第一端点的Y轴的坐标。
x2为所述切割线P的第二端点的X轴的坐标。
y2为所述切割线P的第二端点的Y轴的坐标。
x0和y0分别为任一第二三角形中的任一顶点的X轴和Y轴的坐标。
其中，若所述公式(4)的计算的结果大于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P左侧。
若所述公式(4)的计算的结果小于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P右侧。
若所述公式(4)的计算的结果等于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P的线上。
S242、根据所述第二三角形中的任一顶点与所述切割线P的位置关系，确定所述第二三角形中的任一顶点的状态值。
其中，若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P左侧，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为-1。
若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P右侧，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为1。
若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P的线上，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为0。
S243、基于所述第二三角形中的任一顶点的状态值，判断切割线P与所述第二三角形的位置关系，获取判断结果；具体包括：
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积都不小于0，则所述判断结果为所述第二三角形不与切割线P相交。
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积存在小于0且没有端点在第二三角形内，则所述第二三角形与切割线P相交。
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积存在小于0且有端点在第二三角形内，则所述第二三角形内含有切割线P端点。
S244、根据所述判断结果，对所述第二三角形进行切割处理，获取切割后的三角形；具体包括：
若所述判断结果为所述切割线P与第二三角形相交，则采用预先设定的第一分割方法，参见图7，对所述第二三角形进行分割处理，获取相应的分割后的三角形。
其中所述预先设定的第一分割方法包括：
确定所述切割线P与第二三角形的两个交点。
连接所述所述切割线P与第二三角形的两个交点，组成一个第三三角形。
再将所述切割线P与第二三角形的两个交点和剩下两个第二三角形的顶点组成的四边形的对角连接生成两个第四三角形。
举例说明，对于切割线与三角形相交的情况，根据计算出的3个顶点的分布状态，计算棱线与三角形中相同状态个数较少相连的两条边的交点，如图7所示，计算出切割线P与△ABC的边AB和AC的交点分别为点E和F，连接线段CE和FE，线段CE将切割产生的四边形BCFE分成△BCE和△CFE。这样就将由切割多边形切割△ABC所产生的四边形BCFE裁剪为两个三角形，如图7所示，维持了三角面片的几何特性，同时建立各三角面片间的拓扑关系。
若所述判断结果为所述第二三角形内含有目标棱线端点，参见图8，则在第二三角形内的顶点做棱线的切割线P。
过棱线的端点做与切割线P垂直的辅助线L，基于所述辅助线L将所述第二三角形分为一个第五三角形和一个四边形。
将所述四边形的对角连接，生成两个第六三角形。
然后采用预先设定的第一分割方法针对所述生成的两个第六三角形进行分割，分别获取所述生成的两个第六三角形的相应的分割后的三角形。
举例说明，对于三角形内含有棱线顶点的情况，首先以在三角形内的顶点做棱线的切割线并切割三角形，再用切割线对切割线一侧的切割后的三角形进行切割。如图8所示，首先过顶点O做与切割线P垂直的辅助线L，计算出辅助线L与△ABC的边AB、BC的交点分别为点D和点E，连接线段DE和CD，线段CD将切割产生的四边形ADEC分成△ADC和△DEC，如图8所示。然后同上使用切割线P对△ADC和△DEC切割，如图8所示，维持了三角面片的几何特性，同时建立各三角面片间的拓扑关系。
S245、重复步骤S241-S245直至完成对所有的第二三角形的切割，得到三角网Ts’。
其中，所述包括：所有第二三角形切割后的三角形。
本实施例中，所述步骤S25包括：
S251、采用公式(5)计算第二交点所对应的纹理坐标。
其中，所述第二交点为切割线P切割第二三角形中增加的切割线P与第二三角形边的交点。
其中uJD和vJD为第二交点的纹理坐标。
p1为第二交点所在的三角形边的一个顶点。
p2为第二交点所在的三角形边的另一顶点。
up1为第二交点所在三角形边的一个顶点p1的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中u轴方向的值。
在本实施例中，UV坐标系是纹理坐标的常用坐标系，u和v分别是图片在显示器水平、垂直方向上的坐标轴，区分于XYZ坐标系。
vp1为第二交点所在三角形边的一个顶点p1的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中v轴方向的值。
up2为第二交点所在三角形边的另一顶点p2的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中u轴方向的值。
vp2为第二交点所在三角形边的另一顶点p2的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中v轴方向的值。
d0为第二交点到顶点p1的距离；
D为三角形与切割线相交的边的边长；
S252、根据切割后的三角形的三个顶点坐标，采用公式(6)计算所述切割后的三角形的重心。
其中，公式(6)为：
其中pT为切割后的三角形的重心坐标，p1、p2、p3为切割后的三角形的三个顶点坐标。
S253、根据切割线P和所述切割后的三角形的重心，将切割后的三角形分为重心在切割线左侧的三角形Ts’left和重心在切割线右侧的三角形Ts’right。
S254、根据所述v1、v2结合所述目标棱线，拟合为两个平面F1和F2。
所述v1为所述F1平面的法向量。
目标棱线中点为所述F1平面中的一点。
所述v2为所述F2平面的法向量。
目标棱线中点为所述F2平面中的一点。
S255、将Ts’left和Ts’right对应的模型文件的顶点分别采用公式(2)投影至F1和F2两个平面，对应切割所增加的交点采用线性插值投影至目标棱线上；参见图9。
S256、将满足第一预设条件的第一三角形从模型文件中删除，并将切割并修整坐标后的Ts’left和Ts’right融入模型文件，参见图10。
本实施例中，在S1之前还包括：
A1、针对基于预先获取的无人机三维模型，创建包含三维模型文件的外包信息和Tile的外包信息的表，参见图11。
所述三维模型的外包信息为三维模型文件在空间中的最小外包盒空间坐标系中的最小x轴坐标xmin、最小y轴坐标ymin、最小z轴坐标zmin、最大x轴坐标xmax、最大y轴坐标ymax、最大z轴坐标zmax。
所述Tile的外包信息为瓦片的外包信息。
其中瓦片包含多个三维模型文件。
在本实施例的实际应用中，创建包含三维模型各个文件外包信息和每个Tile外包信息的表，并初始化数据库的主索引表和各Tile的索引表，如图11所示。表的字段为id、name、xmin、xmax、ymin、ymax、zmin和zmax，用于存储每个Tile和模型文件的名称和其外包盒的三维坐标，其表的字段如图12所示。
A2、按照Tile遍历模型文件，将每一Tile中的所有模型文件的外包信息存储于预先设定的相应的Tile的索引表中；
遍历所有Tile，在结束之后将每一个Tile中的模型文件存储于预先设定的LocalModel_主索引表中，参见图13。
在本实施例实际应用中，三维模型文件的存储是多个瓦片即Tile，每个Tile内部为四叉树结构，所该Tile的各节点对应相应的三维模型文件。
A3、根据预先绘制的目标棱线，获取所述目标棱线的外包盒Boxline；
根据所述目标棱线的外包盒Boxline以及LocalModel表中每一Tile的外包信息，并采用AABB碰撞检测筛选出相交Tile。
根据所述目标棱线的外包盒Boxline与所述相交Tile的对应的索引表中各模型文件的外包信息，通过AABB碰撞检测，筛选出与所述目标棱线的外包盒Boxline相交的模型文件。
本实施例中AABB碰撞检测的方法是：
bool ifcross＝((A_min.x>＝B_min.x&&A_min.x＜＝B_max.x)||(B_min.x>＝A_min.x&&B_min.x＜＝A_max.x))&&
((A_min.y>＝B_min.y&&A_min.y＜＝B_max.y)||(B_min.y>＝A_min.y&&B_min.y＜＝A_max.y))&&
((A_min.z>＝B_min.z&&A_min.z＜＝B_max.z)||(B_min.z>＝A_min.z&&B_min.z＜＝A_max.z))
式中ifcross为true相交、为false不相交，A_min、A_max分别为BoxA的最小、最大点，B_min、B_max分别为BoxB的最小、最大点。
本实施例中优选的，所述步骤S1为：S1、将与所述目标棱线的外包盒Boxline相交的模型文件作为待处理的模型文件。
本实施例中，结合无人机三维模型文件的以瓦片+LOD的形式存储特性，采用多线程的方式并行执行棱线修复操作，提高运行效率；
本实施例中的一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法，采用构建投影面并对三角形和棱线进行投影和转化为二维坐标；然后在二维平面对三角形切割，接着将切割后的三角形还原至三维空间；最后模型融合，修改模型文件，完成棱线修复。处理速度较快能够满足人机交互的要求、能够修整棱线局部的几何结构解决了三维模型与现实场景不符的错误结构的问题和避免了直接拉直可能造成三角形自相交导致渲染错误的问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (8)
1.一种利用切割三角面片应用于三维模型棱线修复方法，所述方法采用计算机进行处理，其特征在于，包括：
S1、获取待处理的模型文件；
其中所述待处理的模型文件为：与预先绘制的目标棱线相交的模型文件；
所述待处理的模型文件包括相应的模型文件数据；
其中所述模型文件数据包括：模型文件的几何信息和模型文件的纹理信息；
所述模型文件的几何信息包括：空间三角网中的三角形各顶点坐标和纹理坐标；
所述模型文件的纹理信息包括：用于渲染真实纹理的图片；
S2、针对所述待处理的模型文件进行线程任务分配，获取多个线程任务；并执行所述多个线程任务，获取第二棱线；
所述第二棱线为所述目标棱线修复后的棱线；
其中每一线程任务为根据一个模型文件和所述预先绘制的目标棱线获取与所述模型文件对应的三角形，并根据所述三角形对所述模型文件融合；
所述步骤S2包括：
获取当前计算机的核心数CoreNums，并将所述核心数CoreNums作为线程池的线程数；
根据所述待处理的模型文件个数获取与所述待处理的模型文件数量相同的多个线程任务，并将所述多个线程任务提交给线程池执行所述线程任务，直至所有线程任务执行完成；
所述步骤S2中执行每一所述线程任务的过程具体包括：
S21、基于所述待处理的模型文件和所述预先绘制的目标棱线，获取符合第一预设条件的第一三角形；
S22、将所述第一三角形和所述预先绘制的目标棱线投影至相应的平面，并获取得到在同一平面的三角形数据集Ts和切割线P以及相应的三维坐标；
S23、基于所述同一平面的三维坐标，在所述平面中建立局部平面直角坐标系，并将所述三维坐标转换至所述局部平面直角坐标系下的二维坐标；
S24、基于所述二维坐标，对所述第一三角形进行切割，获取切割后的三角网；
S25、基于所述切割后的三角网，进行三维模型重构处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S21包括：
S211、从所述待处理的模型文件提取空间三角网中的三角形各顶点坐标和纹理坐标，并生成以所述预先绘制的目标棱线为轴心半径为r的圆柱体；
其中，r为预先设定的；
S213、采用公式(1)计算三角网中每一三角形顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d；
其中，公式(1)为：
其中，p为待计算的三角形顶点的坐标，Lstart、Lend分别为所述目标棱线的起点和终点；
S214、根据所述三角形顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d，确定满足第一预设条件的第一三角形；
其中所述第一预设条件为：三角形的一个顶点到所述预先绘制的目标棱线的距离d小于或等于r。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S22包括：
S221、基于所述第一三角形，获取所述第一三角形的法向量集Vall；
所述第一三角形的法向量集Vall包括所有所述第一三角形的单位化的法向量；
S222、针对所述第一三角形的法向量集Vall，采用欧式聚类算法进行处理，获取第一法向量集和第二法向量集；
其中所述欧式聚类算法中的欧式距离为Length；
其中，
其中，α为法向量的角度；
其中所述第一法向量集中包括：预先设定的数量nummin的第一三角形的法向量；
其中所述第二法向量集中包括：预先设定的数量nummax的第一三角形的法向量；
基于第一法向量集和第二法向量集，确定第一法向量集中的法向量的平均值v1和第二法向量集中的法向量的平均值v2；
S223、根据所述第一法向量集的法向量的平均值v1和第二法向量集的法向量的平均值v2，采用公式(2)将所述第一三角形和所述目标棱线投影至投影面，得到在同一平面的三角形数据集Ts和切割线P以及相应的投影点三维坐标；
所述三角形数据集Ts包括：所述第一三角形投影至投影面后所对应的第二三角形；
所述切割线P为所述预先设定的目标棱线投影至投影面后所对应的线段；其中所述切割线p的两端分别为第一端点和第二端点；
其中，公式(2)为：
其中p′为第一三角形的顶点在投影面中投影点的三维坐标；
p为第一三角形的顶点的三维坐标；
F为投影面中一点三维坐标；
v为投影面的法向量，其中v＝(v1+v2)/2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S23具体包括：
基于所述三角形数据集Ts和切割线P的以及相应的投影点三维坐标，采用公式(3)转化为对应的二维坐标；
其中公式(3)为：
x为二维X轴的坐标；
y为二维Y轴的坐标；
p’为第一三角形的顶点在投影面中投影点的三维坐标；
o’预先设定的局部坐标原点的三维坐标；
为X轴的法向量；
为Y轴的法向量；
其中，所述X轴的方向为预先设定的局部坐标原点指向第一三角形的顶点在投影面中投影点的方向；
其中，所述Y轴的方向为与所述X轴垂直的方向。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S24包括：
S241、采用公式(4)确定所述三角形数据集Ts中任一第二三角形的各顶点与所述切割线P的位置关系；
其中，所述公式(4)为：
result＝(y1-y2)*x0+(x2-x1)*y0+x1*y2-x2*y1；
其中result为公式(4)的计算的结果；
x1为所述切割线P的第一端点的X轴的坐标；
y1为所述切割线P的第一端点的Y轴的坐标；
x2为所述切割线P的第二端点的X轴的坐标；
y2为所述切割线P的第二端点的Y轴的坐标；
x0和y0分别为任一第二三角形中的任一顶点的X轴和Y轴的坐标；
其中，若所述公式(4)的计算的结果大于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P左侧；
若所述公式(4)的计算的结果小于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P右侧；
若所述公式(4)的计算的结果等于零时，则所述第二三角形中的任一顶点在所述切割线P的线上；
S242、根据所述第二三角形中的任一顶点与所述切割线P的位置关系，确定所述第二三角形中的任一顶点的状态值；
其中，若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P左侧，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为-1；
若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P右侧，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为1；
若第二三角形中的任一顶点在所述切割线P的线上，则所述第二三角形中的任一顶点的状态值为0；
S243、基于所述第二三角形中的任一顶点的状态值，判断切割线P与所述第二三角形的位置关系，获取判断结果；具体包括：
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积都不小于0，则所述判断结果为所述第二三角形不与切割线P相交；
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积存在小于0且没有端点在第二三角形内，则所述第二三角形与切割线P相交；
若所述第二三角形中的三个顶点的状态值中的任意两个顶点的状态值的乘积存在小于0且有端点在第二三角形内，则所述第二三角形内含有切割线P端点；
S244、根据所述判断结果，对所述第二三角形进行切割处理，获取切割后的三角形；具体包括：
若所述判断结果为所述切割线P与第二三角形相交，则采用预先设定的第一分割方法，对所述第二三角形进行分割处理，获取相应的分割后的三角形；
其中所述预先设定的第一分割方法包括：
确定所述切割线P与第二三角形的两个交点；
连接所述切割线P与第二三角形的两个交点，组成一个第三三角形；
再将所述切割线P与第二三角形的两个交点和剩下两个第二三角形的顶点组成的四边形的对角连接生成两个第四三角形；
若所述判断结果为所述第二三角形内含有目标棱线端点，则在第二三角形内的顶点做棱线的切割线P；
过棱线的端点做与切割线P垂直的辅助线L，基于所述辅助线L将所述第二三角形分为一个第五三角形和一个四边形；
将所述四边形的对角连接，生成两个第六三角形；
然后采用预先设定的第一分割方法针对所述生成的两个第六三角形进行分割，分别获取所述生成的两个第六三角形的相应的分割后的三角形；
S245、重复步骤S241-S245直至完成对所有的第二三角形的切割，得到三角网Ts’；
其中，所述包括：所有第二三角形切割后的三角形。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S25包括：
S251、采用公式(5)计算第二交点所对应的纹理坐标；
其中，所述第二交点为切割线P切割第二三角形中增加的切割线P与第二三角形边的交点；
其中uJD和vJD为第二交点的纹理坐标；
p1为第二交点所在的三角形边的一个顶点；
p2为第二交点所在的三角形边的另一顶点；
up1为第二交点所在三角形边的一个顶点p1的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中u轴方向的值；
vp1为第二交点所在三角形边的一个顶点p1的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中v轴方向的值；
up2为第二交点所在三角形边的另一顶点p2的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中u轴方向的值；
vp2为第二交点所在三角形边的另一顶点p2的纹理坐标在预先设定的UV坐标系中v轴方向的值；
d0为第二交点到顶点p1的距离；
D为三角形与切割线相交的边的边长；
S252、根据切割后的三角形的三个顶点坐标，采用公式(6)计算所述切割后的三角形的重心；
其中，公式(6)为：
其中pT为切割后的三角形的重心坐标，p1、p2、p3为切割后的三角形的三个顶点坐标；
S253、根据切割线P和所述切割后的三角形的重心，将切割后的三角形分为重心在切割线左侧的三角形Ts’left和重心在切割线右侧的三角形Ts’right；
S254、根据所述v1、v2结合所述目标棱线，拟合为两个平面F1和F2；
所述v1为所述F1平面的法向量；
目标棱线中点为所述F1平面中的一点；
所述v2为所述F2平面的法向量；
目标棱线中点为所述F2平面中的一点；
S255、将Ts’left和Ts’right对应的模型文件的顶点分别采用公式(2)投影至F1和F2两个平面，对应切割所增加的交点采用线性插值投影至目标棱线上；
S256、将满足第一预设条件的第一三角形从模型文件中删除，并将切割并修整坐标后的Ts’left和Ts’right融入模型文件。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1之前还包括：
A1、针对基于预先获取的无人机三维模型，创建包含三维模型文件的外包信息和Tile的外包信息的表；
所述三维模型的外包信息为三维模型文件在空间中的最小外包盒空间坐标系中的最小x轴坐标xmin、最小y轴坐标ymin、最小z轴坐标zmin、最大x轴坐标xmax、最大y轴坐标ymax、最大z轴坐标zmax；
所述Tile的外包信息为瓦片的外包信息；
其中瓦片包含多个三维模型文件；
A2、按照Tile遍历模型文件，将每一Tile中的所有模型文件的外包信息存储于预先设定的相应的Tile的索引表中；
遍历所有Tile，在结束之后将每一个Tile中的模型文件存储于预先设定的LocalModel_主索引表中；
A3、根据预先绘制的目标棱线，获取所述目标棱线的外包盒Boxline；
根据所述目标棱线的外包盒Boxline以及LocalModel表中每一Tile的外包信息，并采用AABB碰撞检测筛选出相交Tile；
根据所述目标棱线的外包盒Boxline与所述相交Tile的对应的索引表中各模型文件的外包信息，通过AABB碰撞检测，筛选出与所述目标棱线的外包盒Boxline相交的模型文件。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S1为：
S1、将与所述目标棱线的外包盒Boxline相交的模型文件作为待处理的模型文件。
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| 孙立双 ; 毕天平 ; 马运涛 ; 车德福 ; .一种基于剖面轮廓线进行矿体三维建模的方法.沈阳建筑大学学报(自然科学版).2011,(第04期),47-52. * |
| 彭育辉 ; 陈英杰 ; 黄彬 ; .面向快速成型的CAD三角网格模型局部细分技术研究.福州大学学报(自然科学版).2015,(第02期),68-72+78. * |
| 车德福 ; 陈学习 ; 吴立新 ; 徐磊 ; .基于广义三棱柱体元的三维地层建模方法.辽宁工程技术大学学报.2006,(第01期),38-40. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112634455A (zh) | 2021-04-09 |
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