CN113781664A - 基于三维模型的vr全景图构造显示方法、系统及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于三维模型的VR全景图构造显示方法、系统及终端，涉及图像处理技术领域，其技术方案要点是：在三维模型创建原点；获取多个相互关联的视角方向，得到视角序列；从三维模型中截取原始视图，得到第一视图集；根据视角序列获取的经纬度坐标信息对第一视图集中相应的原始视图进行预裁剪，得到第二视图集；将第二视图集中的裁剪视图依据相应的经纬度坐标信息进行VR全景拼接，得到全景图；将全景图上传全景平台后自动生成360度展示的VR全景。本发明创造性的将三维模型与VR技术相结合，针对复杂程度高、覆盖范围广的待处理目标，可直接从相应三维模型中截取一系列图像素材，并结合全景图拼接技术快速实现全景图的展示。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，更具体地说，它涉及基于三维模型的VR全景图构造显示方法、系统及终端。
背景技术
全景图，目的是通过广角的表现手段以及绘画、相片、视频、三维模型等形式，尽可能多表现出周围的环境。全景技术主要是通过鱼眼相机等专业相机捕捉整个场景的图像信息或者使用建模软件渲染过后的图片，使用软件进行图片拼合，并用专门的播放器进行播放，即将平面照片或者计算机建模图片变为360 度全观，用于虚拟现实浏览，把二维的平面图模拟成真实的三维空间后呈现给观赏者。
传统全景技术实现需要通过专业的鱼眼相机，对周围进行无死角的拍摄，并通过特征点匹配的组合算法，获得全景图片。然而，受全景展示对象覆盖范围大、内部结构复杂、鱼眼相机等专业相机使用成本高等因素影响，通过传统全景技术实现全景展示不仅投入成本高、实现周期长，且实现难度大。例如，交通工程中的覆盖范围极其广泛，通过专业相机进行拍摄不仅布置数据多、布置难度大，且对于部分网络环境较差的区域而言，数据传输慢；又例如，对于建筑物内部环境展示，受可视范围限制，采用传统全景技术时，即使在空间较小的独立区域内，也需要布置单独的专业相机。
近年来，BIM技术在各个领域得以广泛应用，将BIM技术和VR技术相结合对于全景展示具有广阔的应用前景，而传统的全景技术无法直接应用于虚拟三维模型中。因此，如何研究设计一种基于三维模型的VR全景图构造显示方法、系统及终端是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于三维模型的VR全景图构造显示方法、系统及终端。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了基于三维模型的VR全景图构造显示方法，包括以下步骤：
获取待处理目标的三维模型，并在三维模型创建至少一个原点；
以原点为视角基点、经纬度坐标变化为调节方向的方式获取多个相互关联的视角方向，得到视角序列；
根据视角序列中的每个视角方向从三维模型中截取至少一个原始视图，得到第一视图集；
根据视角序列获取的经纬度坐标信息对第一视图集中相应的原始视图进行预裁剪，得到第二视图集；
将第二视图集中的裁剪视图依据相应的经纬度坐标信息进行VR全景拼接，得到全景图；
将全景图上传全景平台后自动生成360度展示的VR全景。
进一步的，每一个所述原点均配置有一个定位标签；在原始视图截取过程中误使原点移动后，通过触发定位标签将处于当前任意位置的原点重新返回至初始位置。
进一步的，所述视角序列的获取过程具体为：
获取同一纬度下经度坐标不同的多个视角方向，多个视角方向根据经度坐标变化顺序逐一获取多个原始视图，多个原始视图组成一个纬度视图组；
重复操作获取不同纬度下的多个纬度视图组；
根据每个视角方向的经度坐标和纬度坐标生成与相应原始视图一一对应的空间标签；
将在经度方向、纬度方向上相邻原始视图中的空间标签进行关联，VR全景拼接时通过关联的空间标签对裁剪视图进行快速定位。
进一步的，所述视角方向在经度方向、纬度方向的变化间隔范围为20°-30°，保持每个纬度视图组中原始视图数量大于12；每一个原点所截取的原始视图数量为80-120张。
进一步的，所述原始视图进行预裁剪形成裁剪视图的过程具体为：
根据视角方向和视角基点将相应的原始视图加载至三维坐标空间中；
根据原始视图所对应视角方向的纬度值分别计算得到上纬度裁剪边界所对应的半径、下纬度裁剪边界所对应的半径；
根据上纬度裁剪边界所对应的半径确定在三维坐标空间中进行预裁剪的上纬度裁剪平面，以及根据下纬度裁剪边界所对应的半径确定在三维坐标空间中进行预裁剪的下纬度裁剪平面；
根据上纬度裁剪平面、下纬度裁剪平面对原始视图裁剪后得到裁剪视图。
进一步的，所述上纬度裁剪边界所对应的半径、下纬度裁剪边界所对应的半径计算公式具体为：
其中，r1表示原始视图中上纬度裁剪边界所对应的半径；r2表示原始视图中下纬度裁剪边界所对应的半径；R表示原始视图的最大球面半径；θ表示截取原始视图所对应视角方向的纬度值；k1表示上纬度裁剪边界的偏移系数；k2表示下纬度裁剪边界的偏移系数；δ表示纬度裁剪边界的标准偏移度数。
进一步的，所述上纬度裁剪边界的偏移系数、下纬度裁剪边界的偏移系数的计算公式为：
其中，θ1、θ2分别表示两个相邻纬度坐标变化的原始视图所对应视角方向的纬度值。
进一步的，该方法还包括对全景图进行初步修正，初步修正包括：
图像缺失，若全景图中存在部分图像缺失导致相邻裁剪视图之间重合度小于标准重合度，则根据缺失图像对应相邻裁剪视图中的空间标签分析得到缺失图像的空间坐标，并根据缺失图像的空间坐标在三维模型中重新截取图像后进行融合修正；
控制点校准，若相邻裁剪视图进行拼接融合时存在像素混乱，则对相邻裁剪视图中进行匹配的控制点进行校正，每个裁剪视图配置有3-5个控制点。
第二方面，提供了基于三维模型的VR全景图构造显示系统，包括：
模型构建模块，用于获取待处理目标的三维模型，并在三维模型创建至少一个原点；
视角分配模块，用于以原点为视角基点、经纬度坐标变化为调节方向的方式获取多个相互关联的视角方向，得到视角序列；
图像截取模块，用于根据视角序列中的每个视角方向从三维模型中截取至少一个原始视图，得到第一视图集；
图像裁剪模块，用于根据视角序列获取的经纬度坐标信息对第一视图集中相应的原始视图进行预裁剪，得到第二视图集；
全景拼接模块，用于将第二视图集中的裁剪视图依据相应的经纬度坐标信息进行VR全景拼接，得到全景图；
全景展示模块，用于将全景图上传全景平台后自动生成360度展示的VR全景。
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明创造性的将三维模型与VR技术相结合，针对复杂程度高、覆盖范围广的待处理目标，可直接从相应三维模型中截取一系列图像素材，并结合全景图拼接技术快速实现全景图的展示；
2、本发明通过在三维模型中建立原点，即可减少图像素材截取过程中由于三维模型整体移动而导致截取的图像素材存在误差的情况，且通过定位标签实现了三维模型中原点的快速复位；
3、本发明通过对每一张图像素材进行空间标签设置，并依据空间标签之间的关联性设置，可在全景图拼接过程实现一键式快速定位拼接，且对全景图进行修正过程可依据空间标签直接完成图像素材的二次截取，整体操作简单方便；
4、本发明通过计算得到的上纬度裁剪边界所对应的半径以及下纬度裁剪边界所对应的半径，对不同经纬度坐标下的原始视图进行预裁剪，使得相邻裁剪视图在融合拼接时的重合度分布均匀，且能够随着经纬度坐标变化而适应性调整，从而使得整个全景图衔接顺畅。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的流程图；
图2是本发明实施例中的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：基于三维模型的VR全景图构造显示方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：获取待处理目标的三维模型，并在三维模型创建至少一个原点；
S2：以原点为视角基点、经纬度坐标变化为调节方向的方式获取多个相互关联的视角方向，得到视角序列；
S3：根据视角序列中的每个视角方向从三维模型中截取至少一个原始视图，得到第一视图集；
S4：根据视角序列获取的经纬度坐标信息对第一视图集中相应的原始视图进行预裁剪，得到第二视图集；
S5：将第二视图集中的裁剪视图依据相应的经纬度坐标信息进行VR全景拼接，得到全景图；
S6：将全景图上传全景平台后自动生成360度展示的VR全景。
需要说明的是，原点相当于地球仪经纬网的中心位置，从原点向周身各方向获取原始视图。每个原点获取的原始视图可形成一个全景图，多个全景图可组合成沙盘，VR全景展示时可在沙盘的原点上任意切换。
在步骤S2中，每一个原点均配置有一个定位标签；在原始视图截取过程中误使原点移动后，通过触发定位标签将处于当前任意位置的原点重新返回至初始位置。
在步骤S2中，视角序列的获取过程具体为：
S201：获取同一纬度下经度坐标不同的多个视角方向，多个视角方向根据经度坐标变化顺序逐一获取多个原始视图，多个原始视图组成一个纬度视图组；
S202：重复操作获取不同纬度下的多个纬度视图组；
S203：根据每个视角方向的经度坐标和纬度坐标生成与相应原始视图一一对应的空间标签；
S204：将在经度方向、纬度方向上相邻原始视图中的空间标签进行关联，VR全景拼接时通过关联的空间标签对裁剪视图进行快速定位。
在步骤S2中，视角方向在经度方向、纬度方向的变化间隔范围为20°-30°，保持每个纬度视图组中原始视图数量大于12；每一个原点所截取的原始视图数量为80-120张。
例如，在确定原点位置后，将视角切换至正下方，即从原点到南纬90度的南极视角。在Infraworks等软件中使用截屏快照功能截取第一张图像并保存，第一张图像可作为地面图像。
确定地面图像后，在Infraworks中使用路径设置功能，从南极视角将视角抬升约30度，此时视角约在南纬60度，称当前视角为最初的南纬60度视角，使用截屏快照功能截取第二张图像并保存，由此作为南纬60度视角的起始点。使用路径设置功能横向切换约30度左右，在保持质心不变的情况下，视角平移了约30度，再次创建快照并保存。例如南纬60度视角起始点为东经60度，南纬60度，则视角平移后为东经90度，南纬60度。依次向左或向右每间隔30度截取图像一次，如此反复环切一圈，直到回到最初的南纬60度视角（起始点）。
以此类推，在Infraworks中使用路径设置功能将视角从南纬60度抬升至南纬30度，环切一圈获取图像并保存。然后依次在赤道视角，北纬30度视角，北纬60度视角获取图像素材并保存。在本实施例中，图像分辨率采用1920*1080高清格式。
另外，天空图像对应于地面图像，即从原点出发的北极视角的处理，因主观视角一般不会向上，其重要性略低。可以按照既有的方法抬升视角环切一圈获取图像并保存，也可以相应简化使用Photoshop等软件中滴管功能对其进行处理。
在步骤S4中，相邻图像素材之间的重合度需要达到一定的重合度才能使拼接效果达到良好。因此，原始视图进行预裁剪形成裁剪视图的过程具体为：
S401：根据视角方向和视角基点将相应的原始视图加载至三维坐标空间中；
S402：根据原始视图所对应视角方向的纬度值分别计算得到上纬度裁剪边界所对应的半径、下纬度裁剪边界所对应的半径；
S403：根据上纬度裁剪边界所对应的半径确定在三维坐标空间中进行预裁剪的上纬度裁剪平面，以及根据下纬度裁剪边界所对应的半径确定在三维坐标空间中进行预裁剪的下纬度裁剪平面；
S404：根据上纬度裁剪平面、下纬度裁剪平面对原始视图裁剪后得到裁剪视图。
需要说明的是，纬度视图组获取过程中按照呈环形路径进行的，因此，每一个纬度视图组都可以组成一个球带，而本实施例中的上纬度裁剪边界、下纬度裁剪边界实质是与球带两侧平行的边界。
上纬度裁剪边界所对应的半径、下纬度裁剪边界所对应的半径计算公式具体为：
其中，r1表示原始视图中上纬度裁剪边界所对应的半径；r2表示原始视图中下纬度裁剪边界所对应的半径；R表示原始视图的最大球面半径；θ表示截取原始视图所对应视角方向的纬度值；k1表示上纬度裁剪边界的偏移系数；k2表示下纬度裁剪边界的偏移系数；δ表示纬度裁剪边界的标准偏移度数。
上纬度裁剪边界的偏移系数、下纬度裁剪边界的偏移系数的计算公式为：
其中，θ1、θ2分别表示两个相邻纬度坐标变化的原始视图所对应视角方向的纬度值。
本发明提供的基于三维模型的VR全景图构造显示方法还包括对全景图进行初步修正和、外围修补等后续处理。初步修正包括但不限于图像缺失、控制点校准，初步修正操作可采用Infraworks、PTGui等软件进行操作，外围修补可采用Photoshop等软件进行操作。
图像缺失：若全景图中存在部分图像缺失导致相邻裁剪视图之间重合度小于标准重合度，则根据缺失图像对应相邻裁剪视图中的空间标签分析得到缺失图像的空间坐标，并根据缺失图像的空间坐标在三维模型中重新截取图像后进行融合修正。
控制点校准：若相邻裁剪视图进行拼接融合时存在像素混乱，则对相邻裁剪视图中进行匹配的控制点进行校正，每个裁剪视图配置有3-5个控制点。
外围修补，在修正完成后的全景图中，若在边缘部分存在一些不平整的现象，标线为全景图最外侧有轻微锯齿状，则在外围进行修补。如，使用Photoshop软件中的魔棒将同层面的颜色均匀调和，对于外侧锯齿波浪状的部分用吸管拾取边缘部分的颜色，统一配色。最后按照长宽比2：1的比例保存成JPG图片格式，完成最终的全景图。
已经完成的全景图可在多个全景平台上进行展示，以720yun平台为例简述。将已经完成的全景图像上传至720yun网页平台后会自动生成360度的VR全景。在此基础上，还可以做更多的调整和优化，使VR全景内容更加丰富，增强互动体验。热点功能可以将模型中的图片以特征点的形式加入VR全景，以达到对特定目标的放大查验作用。特效功能可以模拟天气，使VR全景变得鲜活生动。沙盘功能可以上传一张整体图作为沙盘，沙盘上不同的点即为不同的视角，每一个点都包含一个完整的全景图，将其集成在沙盘上作为一个大的VR全景。最后上传至云端，生成作品链接或者作品二维码，即可在任意客户端随时联网查看VR全景。
实施例2：基于三维模型的VR全景图构造显示系统，本实施例中的VR全景图构造显示系统可实现实施例1中记载的VR全景图构造显示方法，如图2所示，包括模型构建模块、视角分配模块、图像截取模块、图像裁剪模块、全景拼接模块、全景展示模块。
其中，模型构建模块，用于获取待处理目标的三维模型，并在三维模型创建至少一个原点；视角分配模块，用于以原点为视角基点、经纬度坐标变化为调节方向的方式获取多个相互关联的视角方向，得到视角序列；图像截取模块，用于根据视角序列中的每个视角方向从三维模型中截取至少一个原始视图，得到第一视图集；图像裁剪模块，用于根据视角序列获取的经纬度坐标信息对第一视图集中相应的原始视图进行预裁剪，得到第二视图集；全景拼接模块，用于将第二视图集中的裁剪视图依据相应的经纬度坐标信息进行VR全景拼接，得到全景图；全景展示模块，用于将全景图上传全景平台后自动生成360度展示的VR全景。
工作原理：本发明创造性的将三维模型与VR技术相结合，针对复杂程度高、覆盖范围广的待处理目标，可直接从相应三维模型中截取一系列图像素材，并结合全景图拼接技术快速实现全景图的展示；本发明通过在三维模型中建立原点，即可减少图像素材截取过程中由于三维模型整体移动而导致截取的图像素材存在误差的情况，且通过定位标签实现了三维模型中原点的快速复位；本发明通过对每一张图像素材进行空间标签设置，并依据空间标签之间的关联性设置，可在全景图拼接过程实现一键式快速定位拼接，且对全景图进行修正过程可依据空间标签直接完成图像素材的二次截取，整体操作简单方便；本发明通过计算得到的上纬度裁剪边界所对应的半径以及下纬度裁剪边界所对应的半径，对不同经纬度坐标下的原始视图进行预裁剪，使得相邻裁剪视图在融合拼接时的重合度分布均匀，且能够随着经纬度坐标变化而适应性调整，从而使得整个全景图衔接顺畅。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，包括以下步骤：
获取待处理目标的三维模型，并在三维模型创建至少一个原点；
以原点为视角基点、经纬度坐标变化为调节方向的方式获取多个相互关联的视角方向，得到视角序列；
根据视角序列中的每个视角方向从三维模型中截取至少一个原始视图，得到第一视图集；
根据视角序列获取的经纬度坐标信息对第一视图集中相应的原始视图进行预裁剪，得到第二视图集；
将第二视图集中的裁剪视图依据相应的经纬度坐标信息进行VR全景拼接，得到全景图；
将全景图上传全景平台后自动生成360度展示的VR全景。
2.根据权利要求1所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，每一个所述原点均配置有一个定位标签；在原始视图截取过程中误使原点移动后，通过触发定位标签将处于当前任意位置的原点重新返回至初始位置。
3.根据权利要求1所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，所述视角序列的获取过程具体为：
获取同一纬度下经度坐标不同的多个视角方向，多个视角方向根据经度坐标变化顺序逐一获取多个原始视图，多个原始视图组成一个纬度视图组；
重复操作获取不同纬度下的多个纬度视图组；
根据每个视角方向的经度坐标和纬度坐标生成与相应原始视图一一对应的空间标签；
将在经度方向、纬度方向上相邻原始视图中的空间标签进行关联，VR全景拼接时通过关联的空间标签对裁剪视图进行快速定位。
4.根据权利要求3所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，所述视角方向在经度方向、纬度方向的变化间隔范围为20°-30°，保持每个纬度视图组中原始视图数量大于12；每一个原点所截取的原始视图数量为80-120张。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，所述原始视图进行预裁剪形成裁剪视图的过程具体为：
根据视角方向和视角基点将相应的原始视图加载至三维坐标空间中；
根据原始视图所对应视角方向的纬度值分别计算得到上纬度裁剪边界所对应的半径、下纬度裁剪边界所对应的半径；
根据上纬度裁剪边界所对应的半径确定在三维坐标空间中进行预裁剪的上纬度裁剪平面，以及根据下纬度裁剪边界所对应的半径确定在三维坐标空间中进行预裁剪的下纬度裁剪平面；
根据上纬度裁剪平面、下纬度裁剪平面对原始视图裁剪后得到裁剪视图。
6.根据权利要求5所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，所述上纬度裁剪边界所对应的半径、下纬度裁剪边界所对应的半径计算公式具体为：
其中，r1表示原始视图中上纬度裁剪边界所对应的半径；r2表示原始视图中下纬度裁剪边界所对应的半径；R表示原始视图的最大球面半径；θ表示截取原始视图所对应视角方向的纬度值；k1表示上纬度裁剪边界的偏移系数；k2表示下纬度裁剪边界的偏移系数；δ表示纬度裁剪边界的标准偏移度数。
7.根据权利要求6所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，所述上纬度裁剪边界的偏移系数、下纬度裁剪边界的偏移系数的计算公式为：
其中，θ1、θ2分别表示两个相邻纬度坐标变化的原始视图所对应视角方向的纬度值。
8.根据权利要求1所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法，其特征是，该方法还包括对全景图进行初步修正，初步修正包括：
图像缺失，若全景图中存在部分图像缺失导致相邻裁剪视图之间重合度小于标准重合度，则根据缺失图像对应相邻裁剪视图中的空间标签分析得到缺失图像的空间坐标，并根据缺失图像的空间坐标在三维模型中重新截取图像后进行融合修正；
控制点校准，若相邻裁剪视图进行拼接融合时存在像素混乱，则对相邻裁剪视图中进行匹配的控制点进行校正，每个裁剪视图配置有3-5个控制点。
9.基于三维模型的VR全景图构造显示系统，其特征是，包括：
模型构建模块，用于获取待处理目标的三维模型，并在三维模型创建至少一个原点；
视角分配模块，用于以原点为视角基点、经纬度坐标变化为调节方向的方式获取多个相互关联的视角方向，得到视角序列；
图像截取模块，用于根据视角序列中的每个视角方向从三维模型中截取至少一个原始视图，得到第一视图集；
图像裁剪模块，用于根据视角序列获取的经纬度坐标信息对第一视图集中相应的原始视图进行预裁剪，得到第二视图集；
全景拼接模块，用于将第二视图集中的裁剪视图依据相应的经纬度坐标信息进行VR全景拼接，得到全景图；
全景展示模块，用于将全景图上传全景平台后自动生成360度展示的VR全景。
10.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任意一项所述的基于三维模型的VR全景图构造显示方法。
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