CN115237292B - 一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统 - Google Patents

一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统，涉及三维场景显示技术领域，包括：获取三维场景的配准基准图像；基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；基于地理配准坐标在三维场景中显示当前显示对象；通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制。本发明能够实现不同坐标系的显示对象直接在同一三维场景内进行处理和显示，无需事先进行坐标系统一且保留对象自身原生坐标系，整个三维场景均可以采用配准基准坐标系进行统一控制和操作，提高了三维场景应用的灵活性和便利性。

Description

一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统
技术领域
本发明涉及三维场景显示技术领域，特别是涉及一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统。
背景技术
数字孪生可视化领域的实际系统应用中，涉及到将传统三维建模软件生产的模型与GIS(Geographic Information System，地学信息系统)测绘领域的测绘成果进行融合显示的情形。传统三维建模领域所使用的行业标准通常为自定义正交直角坐标系，而测绘领域所遵循的行业标准为地理坐标系，实现上述融合显示将涉及到不同坐标系下的对象在同一个三维场景中进行展示控制的问题。如在一个典型的数字孪生场景中，同时含有地图和三维模型，其三维模型为自定义正交直角坐标系，而地图则为WGS84地理坐标系。现有技术无法实现在同一工具内直接处理多种不同的坐标系的对象并使得这些对象在同一场景内通过统一的坐标系统进行正确显示和控制，而仅能够通过额外的手段对其中一类对象的坐标系进行处理，使之与另一种对象的坐标系一致后，才能带入到同一场景中进行显示控制。但是这种方法，不仅步骤复杂，费时费力，而且可能导致转换后的场景存在误差，需要反复进行修正。
发明内容
本发明的目的是提供一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统，能够在同一三维场景下同时绘制多种坐标系的显示对象。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多坐标系融合的场景显示控制方法，包括：
获取三维场景的配准基准图像；所述配准基准图像上包括所述三维场景中任一对象的位置轮廓图；所述配准基准图像是基于地理坐标系建立的；
确定三维场景中的任一对象为当前显示对象；
基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；所述原生坐标系是基于显示对象的原点和几何数据建立的；不同显示对象对应的原生坐标系不同；
基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象；
通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制，并在操作完成后返回操作结果数据，或者在控制完成后返回控制结果数据；操作结果数据或控制结果数据中涉及的坐标信息均包括所述地理配准坐标信息和所述原生坐标信息；
更新所述当前显示对象并返回步骤“基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标”，直至历遍三维场景中的所有显示对象。
可选的，所述显示对象是三维对象或二维对象。
可选的，所述配准基准图像为二维地图。
可选的，所述基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标，包括：
获取所述当前显示对象的俯视图；
在所述俯视图中确定当前显示对象中心的投影为第一基准点；
在所述配准基准图像中确定当前显示对象中心的投影为第二基准点；
使所述第一基准点和所述第二基准点重合；
基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，调整所述配准基准图像的比例，使得比例调整后的配准基准图像上当前显示对象的位置轮廓数据与所述俯视图相同；
调整所述比例调整后的配准基准图像的角度，使得所述俯视图上的当前显示对象与所述配准基准图像上的当前显示对象重合，得到当前显示对象对应的地理配准坐标。
可选的，在所述基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标之后，还包括：
确定地理坐标系与原生坐标系之间的坐标变换参数；所述坐标变换参数包括地理坐标系与原生坐标系之间的缩放比例、旋转角和偏移量。
可选的，所述基于地理配准坐标在三维场景中显示当前显示对象，包括：
基于所述地理配准坐标，通过地理坐标系与原生坐标系之间的坐标变换参数得到原生坐标系对应的几何数据，在三维场景中使用原生坐标系对应的几何数据实现当前显示对象的绘制。
可选的，在所述“基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象”之后，还包括：
在所述当前显示对象的几何数据发生改变时，根据所述坐标变换参数更新当前显示对象对应的所述地理配准坐标。
一种多坐标系融合的场景显示控制系统，包括：
配准基准图像获取模块，用于获取三维场景的配准基准图像；所述配准基准图像上包括所述三维场景中任一对象的位置轮廓图；所述配准基准图像是基于地理坐标系建立的；
当前显示对象确定模块，用于确定三维场景中的任一对象为当前显示对象；
坐标配准模块，用于基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；所述原生坐标系是基于显示对象的原点和几何数据建立的；不同显示对象对应的原生坐标系不同；
显示模块，用于基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象；
任务执行模块，用于通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制，并在操作完成后返回操作结果数据，或者在控制完成后返回控制结果数据；操作结果数据或控制结果数据中涉及的坐标信息均包括所述地理配准坐标信息和所述原生坐标信息；
更新模块，用于更新所述当前显示对象并调用所述坐标配准模块，直至历遍三维场景中的所有显示对象。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现所述方法的步骤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统，获取三维场景的配准基准图像；确定三维场景中的任一对象为当前显示对象；基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；基于地理配准坐标在三维场景中显示当前显示对象；通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制，并在操作完成后返回操作结果数据，或者在控制完成后返回控制结果数据；操作结果数据或控制结果数据中涉及的坐标信息均包括地理配准坐标信息和原生坐标信息。本发明通过基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，进而在同一场景下实现多个不同坐标系显示对象的绘制，使得不同坐标系的显示对象可以直接在同一三维场景内进行直接的处理和显示，不需要提前进行坐标系统一；同时显示对象自身保留了原有的坐标系，同时还可以实时的获得其在配准基准坐标系下的对应位置参数，使得整个三维场景均可以采用配准基准坐标系进行统一的控制和操作，提高了三维场景应用的灵活性和便利性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中多坐标系融合的场景显示控制方法流程图；
图2为本发明实施例2中多坐标系融合的场景显示控制方法流程图；
图3为本发明实施例1中多坐标系融合的场景显示控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种多坐标系融合的场景显示控制方法及系统，能够同时在同一场景下基于多坐标系对三维场景中的显示对象进行显示。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供了一种多坐标系融合的场景显示控制方法，包括：
步骤101：获取三维场景的配准基准图像；配准基准图像上包括三维场景中任一对象的位置轮廓图；配准基准图像是基于地理坐标系建立的；
步骤102：确定三维场景中的任一对象为当前显示对象；显示对象是三维对象或二维对象，配准基准图像为二维地图。
步骤103：基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；原生坐标系是基于显示对象的原点和几何数据建立的；不同显示对象对应的原生坐标系不同。
步骤103，包括：获取当前显示对象的俯视图；在俯视图中确定当前显示对象中心的投影为第一基准点；在配准基准图像中确定当前显示对象中心的投影为第二基准点；使第一基准点和第二基准点重合；基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，调整配准基准图像的比例，使得比例调整后的配准基准图像上当前显示对象的位置轮廓数据与俯视图相同；调整比例调整后的配准基准图像的角度，使得俯视图上的当前显示对象与配准基准图像上的当前显示对象重合，得到当前显示对象对应的地理配准坐标。
步骤104：基于地理配准坐标在三维场景中显示当前显示对象。
步骤104包括：基于所述地理配准坐标，通过地理坐标系与原生坐标系之间的坐标变换参数得到原生坐标系对应的几何数据，在三维场景中使用原生坐标系对应的几何数据实现当前显示对象的绘制。
步骤105：通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制，并在操作完成后返回操作结果数据，或者在控制完成后返回控制结果数据；操作结果数据或控制结果数据中涉及的坐标信息均包括地理配准坐标信息和原生坐标信息；所述操作和控制由用户使用JS语言编写的控制指令触发，并通过基于JS的SDK开发包对控制指令进行解析，以便对所述三维场景中的要素按照所述指令的要求进行控制。
步骤106：更新当前显示对象并返回步骤103，直至历遍三维场景中的所有显示对象。
本实施例提供的一种多坐标系融合的场景显示控制方法，在步骤103之后，还包括：确定地理坐标系与当前显示对象的原生坐标系之间的坐标变换参数；坐标变换参数包括地理坐标系与原生坐标系之间的缩放比例、旋转角和偏移量。
在步骤104之后，还包括：在当前显示对象的几何数据发生改变时，根据坐标变换参数更新当前显示对象对应的地理配准坐标。
实施例2
如图2，本实施例提供了一种多坐标系融合的场景显示控制方法，包括：
S1：获取显示对象；
显示对象可为三维模型、二维图片、二维地图对象等，可利用具有任意基于正交直角坐标系的坐标系统进行描述。对于三维对象，其自身坐标系应为三维平面直角坐标系；具体地，显示对象为三维模型时自身可以具有不同的坐标系，可以是以米为单位的正交直角坐标系，也可以是以经纬度为单位的地理坐标系，还可以是以无量纲数值为单位的正交直角坐标系。对于三维模型类的显示对象，可以通过模型文件进行获取，考虑到在网页端显示的便利性和性能可选取GLB作为三维模型文件的格式。对于二维对象，其自身坐标系应为二维平面直角坐标系。对于点对象，其自身坐标系应为表征空间位置的三维正交直角坐标系。其中，正交直角坐标系的空间位置的分布应为线性的。
S2：获取配准基准对象；
配准基准对象为所有显示对象进行配准时的公共空间位置参考对象。可以是平面地图。当配准基准对象为地图时，对象自身应具有表征地理位置的坐标系统，如WGS84坐标系或Web墨卡托坐标系；配准基准对象可为二维地图，二维地图可以来源于互联网在线地图服务，或者遵循通用标准(如TMS标准)的私有在线地图服务。
S3：对S1和S2中获取的各要素位置关系进行配准；
根据S1和S2中获取的对象，建立配准操作画面，配准操作画面包含S1中的显示对象，并以S2中的配准基准对象作为底图。
配准操作画面中，显示对象和配准基准对象均可以设置为半透明，方便查看两者之间的对应关系；配准操作画面中，包含对显示对象的位置、角度、缩放比例的控制，同时可以通过鼠标拖拽、平移等操作快速调整显示对象的位置。鼠标操作拖拽平移时可以选择只移动显示对象，或只移动配准基准对象，亦或两者同时移动。重复S3，直到显示对象与配准基准对象的空间位置对应准确合理。
具体地，向用户提供用于配准操作的相应手段或者操作界面，通过配准操作，建立显示对象和配准基准对象之间的空间参照关系。通过输入配准参数进行配准。输入显示模型坐标系原点的经纬度、高度、旋转角度、缩放比例系数、高度比例系数作为配准参数。
同时，作为另一种可选的实施方式，可以通过可视化方式进行配准。可视化配准方式将向用户提供一种操作界面，该界面可以将模型与二维地图叠加显示，并允许用户通过鼠标操作控制两者之间的位置关系，控制方法包括平移、旋转、缩放。
此时，允许用户通过切换按钮控制鼠标只操作模型而不影响二维地图；允许用户通过切换按钮控制鼠标只操作二维地图而不影响模型；允许用户通过切换按钮控制鼠标同时操作模型和地图；特别地，在操作界面中，可实时观察到模型和二维地图之间的位置关系，从而判断配准结果是否符合预期，并可以此为依据进行调整。
S4：对S3中配准的参数进行计算，得到本三维场景内的空间关系变换参数；
根据S3配准操作画面中的操作结果，计算显示对象与配准基准点之间的位置关系：
取出操作结果中的位置平移数据，得到显示对象位于配准基准对象中的位置偏移量ΔX0,ΔY0,ΔZ0。
取出操作结果中的角度旋转数据，得到显示对象位于配准基准对象中的各坐标轴旋转量(包括εX、εY和εZ)。
取出操作结果中的缩放数据，得到该显示对象位于配准基准对象中的缩放比例参数m。
连同S3计算得到的配准基准点参数，共同构成空间关系变换参数。
通过如下计算可得显示对象中的空间位置坐标X1，Y1，Z1在配准基准坐标系下的对应空间位置坐标X2，Y2，Z2。
Figure BDA0003742487170000081
注：本例给出的空间坐标变换方法属于该领域的公知常识，类似的其他坐标系(如坐标轴方向不同的坐标系、球面坐标系等)空间变换方法在此不再过多赘述。
S5：根据S4所得到的空间关系变换参数，在同一三维场景进行显示对象的绘制和控制。
根据S4所得到的空间关系变换参数，将S1显示对象的坐标系进行实时变换，得出其位于配准基准对象坐标系下的空间位置，依照此位置进行显示对象的显示。同时，根据S4所得到的空间关系变换参数，使用配准对象坐标系下的坐标参数对显示对象进行控制。
具体地，对于本实施例中的三维模型显示对象，通过上述步骤得到的空间变换参数，可以将其自身的坐标系变换到配准基准对象的坐标系下，从而实现在场景中同时显示不同坐标系的显示对象。由于建立了显示对象与配准对象之间的空间变换参数，可以将显示对象的坐标系完整的映射为配准对象的坐标系，从而使得对显示对象的各种操作均可以使用配准对象坐标系下的坐标参数进行，使得对于混合坐标系场景中的显示对象控制，具有了统一的参数坐标系，避免了使用显示对象自有坐标系进行控制时的复杂性。
此外，本实施例在进行配准时，除了上述基于可视化的坐标配准方法外，还可以通过直接输入空间坐标变换参数进行坐标配准。
实施例3
如图3，本实施例提供了一种多坐标系融合的场景显示控制系统，包括：
配准基准图像获取模块301，用于获取三维场景的配准基准图像；所述配准基准图像上包括所述三维场景中任一对象的位置轮廓图；所述配准基准图像是基于地理坐标系建立的。
当前显示对象确定模块302，用于确定三维场景中的任一对象为当前显示对象；
坐标配准模块303，用于基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；所述原生坐标系是基于显示对象的原点和几何数据建立的；不同显示对象对应的原生坐标系不同。
显示模块304，用于基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象。
任务执行模块305，用于通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制，并在操作完成后返回操作结果数据，或者在控制完成后返回控制结果数据；操作结果数据或控制结果数据中涉及的坐标信息均包括地理配准坐标信息和原生坐标信息。
更新模块306，用于更新所述当前显示对象并调用所述坐标配准模块，直至历遍三维场景中的所有显示对象。
实施例4
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
实施例5
本实施例提供了一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序。
处理器，用于执行存储器中的计算机程序，以实现实施例1所述方法的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多坐标系融合的场景显示控制方法，其特征在于，包括：
获取三维场景的配准基准图像；所述配准基准图像上包括所述三维场景中任一对象的位置轮廓图；所述配准基准图像是基于地理坐标系建立的；
确定所述三维场景中的任一对象为当前显示对象；
基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；所述原生坐标系是基于显示对象的原点和几何数据建立的；不同显示对象对应的原生坐标系不同；
基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象；
通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制，并在操作完成后返回操作结果数据，或者在控制完成后返回控制结果数据；操作结果数据或控制结果数据中涉及的坐标信息均包括所述地理配准坐标信息和原生坐标信息；
更新所述当前显示对象并返回步骤“基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标”，直至历遍三维场景中的所有显示对象；
所述“基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标”，包括：
获取所述当前显示对象的俯视图；
在所述俯视图中确定当前显示对象中心的投影为第一基准点；
在所述配准基准图像中确定当前显示对象中心的投影为第二基准点；
使所述第一基准点和所述第二基准点重合；
基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，调整所述配准基准图像的比例，使得比例调整后的配准基准图像上当前显示对象的位置轮廓数据与所述俯视图相同；
调整所述比例调整后的配准基准图像的角度，使得所述俯视图上的当前显示对象与所述配准基准图像上的当前显示对象重合，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；
所述“基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象”，包括：
基于所述地理配准坐标，通过地理坐标系与原生坐标系之间的坐标变换参数得到原生坐标系对应的几何数据，在三维场景中使用原生坐标系对应的几何数据实现当前显示对象的绘制；
在所述“基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象”之后，还包括：
在所述当前显示对象的几何数据发生改变时，根据所述坐标变换参数更新当前显示对象对应的所述地理配准坐标。
2.根据权利要求1所述的一种多坐标系融合的场景显示控制方法，其特征在于，所述显示对象是三维对象或二维对象。
3.根据权利要求2所述的一种多坐标系融合的场景显示控制方法，其特征在于，所述配准基准图像为二维地图。
4.根据权利要求1所述的一种多坐标系融合的场景显示控制方法，其特征在于，在所述“基于当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标”之后，还包括：
确定地理坐标系与原生坐标系之间的坐标变换参数；所述坐标变换参数包括地理坐标系与原生坐标系之间的缩放比例、旋转角和偏移量。
5.一种多坐标系融合的场景显示控制系统，其特征在于，包括：
配准基准图像获取模块，用于获取三维场景的配准基准图像；所述配准基准图像上包括所述三维场景中任一对象的位置轮廓图；所述配准基准图像是基于地理坐标系建立的；
当前显示对象确定模块，用于确定三维场景中的任一对象为当前显示对象；
坐标配准模块，用于基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，将当前显示对象与配准基准图像进行坐标配准，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；所述原生坐标系是基于显示对象的原点和几何数据建立的；不同显示对象对应的原生坐标系不同；所述坐标配准模块，还用于获取所述当前显示对象的俯视图；在所述俯视图中确定当前显示对象中心的投影为第一基准点；在所述配准基准图像中确定当前显示对象中心的投影为第二基准点；使所述第一基准点和所述第二基准点重合；基于所述当前显示对象在原生坐标系下的坐标，调整所述配准基准图像的比例，使得比例调整后的配准基准图像上当前显示对象的位置轮廓数据与所述俯视图相同；调整所述比例调整后的配准基准图像的角度，使得所述俯视图上的当前显示对象与所述配准基准图像上的当前显示对象重合，得到当前显示对象对应的地理配准坐标；
显示模块，用于基于所述地理配准坐标在三维场景中显示所述当前显示对象；所述显示模块，还用于基于所述地理配准坐标，通过地理坐标系与原生坐标系之间的坐标变换参数得到原生坐标系对应的几何数据，在三维场景中使用原生坐标系对应的几何数据实现当前显示对象的绘制；
任务执行模块，用于通过地理配准坐标，对于三维场景中显示的当前显示对象进行操作或者控制，并在操作完成后返回操作结果数据，或者在控制完成后返回控制结果数据；操作结果数据或控制结果数据中涉及的坐标信息均包括所述地理配准坐标信息和原生坐标信息；
更新模块，用于更新所述当前显示对象并调用所述坐标配准模块，直至历遍三维场景中的所有显示对象；
所述系统还用于在所述当前显示对象的几何数据发生改变时，根据所述坐标变换参数更新当前显示对象对应的所述地理配准坐标。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
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