CN116188714B - 基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，包括如下步骤：基于目标三维轮廓，建立三维模型；基于目标的实际坐标，在三维模型中进行对应的标定，然后进行转化，构建目标的三维模型的实际坐标体系以及任意一位置的实际坐标；将三维模型划分为若干个正方体区块并分层；建立地理空间体系以及坐标集合；按照对照表依次将正方体区块对应的坐标集在地理空间体系下进行对应的标注，然后将标注点进行正方体区块重构，通过正方体区块的重构来建立所述目标。本申请技术路线更简单，操作上更成熟。

Description

基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法

技术领域

本发明涉及虚幻引擎的地理空间构建技术领域，具体的是一种基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法。

背景技术

传统中，利用虚拟现实技术来构建现实世界目标的虚拟模型，其需要首先得到目标的三维轮廓，再利用目标的三维轮廓来构建三维模型，随着数字孪生技术的发展，在一些游戏和VR演示画面的制作中，要求得到逼真的画面，数字孪生技术能够将现实世界向虚拟世界进行映射，从而在虚拟世界中构建与现实世界对应的虚拟模型。其比传统的虚拟现实就是更佳的逼真，也更容易实现。

目前，数字孪生技术最主要的方向是地理空间坐标处理技术，在公开的技术文献1中，比如公开号为：“CN115409962A”公开了一种虚幻引擎内构建坐标系统的方法，所述方法包括：在虚幻引擎中导入地理坐标系和投影坐标系；其中，所述地理坐标系和所述投影坐标系与全球定位系统相关；在所述虚幻引擎中创建一个地理全局对象，基于所述地理全局对象在所述地理坐标系中的位置，得到所述虚幻引擎的引擎原点，将所述引擎原点从所述地理坐标系转换至所述投影坐标系中，得到所述引擎原点的原点坐标；基于所述原点坐标建立引擎全局坐标系和引擎局部坐标系；其中，所述引擎全局坐标系以所述原点坐标为坐标原点，所述引擎局部坐标以所述虚幻引擎中的对象在所述引擎全局坐标系中的引擎全局坐标为坐标原点；确定所述地理坐标系、所述投影坐标系、所述引擎全局坐标系和所述引擎局部坐标系中任意两种坐标系之间的转换关系，得到所述虚幻引擎内的坐标系统。

再比如：在公开的技术文献2中，公开号为“CN112749244A” 一种基于虚幻引擎的数字孪生城市空间坐标系实现方法，其包括如下步骤：1）建立虚幻引擎的平面空间坐标体系；2）在球空间体系的覆盖范围内，根据定义的距离差作为边长，选取当前球形空间体系上的三个定位原点构建等边三角形；3）将新构建的等边三角形覆盖区域的球形坐标数据映射到虚幻引擎的平面空间坐标体系中，并将映射的虚幻引擎的平面空间坐标数据存储到数据库内；4）在当前球形空间体系上选择新的定位原点，以定义的距离差为边长，用两个原等边三角形的端点和一个新的定位原点构建新的等边三角形；5）重复步骤3）、4），直至构建的等边三角形将球形空间体系全部覆盖，且等边三角形覆盖区域的球形坐标数据全部映射到虚幻引擎的平面空间坐标体系中。

技术文献1的主要目的是通过地理坐标系、所述投影坐标系与全球定位系统来构建引擎原点，以引擎原点作为坐标原点，以坐标原点引出整个坐标体系；技术文献2中，也是通过定位原点通过构建等边三角形覆盖区域的球形坐标数据映射到虚幻引擎空间中，得到虚幻引擎的平面空间坐标体系。当将外部目标导入时，由于外部目标通过三维扫描仪测量得到的坐标数据与虚幻引擎的空间坐标体系具有实际的差异，需要进行坐标的转换，而且对于现实事物的映射，需要比较复杂的技术手段，才能将现实的目标逼真的还原到虚拟环境中，这种方法包括了目标的轮廓，还包括了目标处任意一位置具体的结构和坐标。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法。

本发明采用的技术方案如下：

基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，包括如下步骤：

步骤1）：基于实际测量的目标的三维轮廓，建立所述目标的三维模型；

步骤2）：基于在所述目标上标定的若干个参照点的实际坐标，在三维模型中进行对应的标定，标定后按照三维模型坐标体系进行转化，构建所述目标的三维模型的实际坐标体系以及任意一位置的实际坐标；

步骤3）：以设定单位量作为坐标间隔，将三维模型划分为若干个正方体区块，按照正方体区块将三维模型分层；记录每一正方体区块的坐标集；并对所述正方体区块按照坐标位置进行标记，形成一个对照表；

步骤4）：建立虚幻引擎的地理空间体系，构建地理空间体系下的坐标集合；

步骤5）：按照所述对照表依次将所述正方体区块对应的坐标集在所述地理空间体系下进行对应的标注，标注完成后将标注点进行正方体区块重构，通过所述正方体区块的重构来在地理空间体系下建立所述目标。

进一步地，目标的三维轮廓通过如下方法测量：

在所述目标上设置若干个均匀的参照点，并设定每一参照点的实际坐标，以所述目标所在的地面所为水平参照面；

以所述目标为中心，按照设定的布设半径布设多个相同的三维扫描仪；

设定每一三维扫描仪的初始位置、移动路径、移动方向以及每一次移动的单位量，并使得布设的每一三维扫描仪的扫描范围中至少存在一个参照点；

控制每一三维扫描仪按照设定的移动路径和移动的单位量对所述目标进行移动扫描，得到轮廓数据；

将每一三维扫描仪得到的轮廓数据进行融合得到所述目标的三维轮廓。

进一步地，所述移动路径是以所述目标为中心，按照设定的布设半径而设定围绕所述目标的等距圆弧段。

进一步地，在步骤2）中，具体的步骤包括：

在三维模型设计软件中，构建三维模型的坐标系；

将三维扫描仪获取的测量坐标数据导入至设计软件中，以配置到三维模型中；

在所述三维模型标定参照点，获取标定点的实际坐标，用所述实际坐标作为参照点在三维模型中的模型坐标数据以替换测量坐标数据；

以参照点的模型坐标数据对应的引出相邻点的模型坐标数据并遍历整个坐标系。

进一步地，在步骤3）中，按照正方体区块将三维模型分层的步骤如下：

设置坐标间隔的设定单位量为定值；

按照设定单位量将三维模型划分为若干个正方体区块；

记录每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据；并将每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据组合形成一个坐标集；

以所述目标所在的地面所为水平参照面，按照正方体区块在所述目标上高度的延伸将同一参照平面上的正方体区块作为分层依据，以将所述目标划分为若干层，每一层由若干正方体区块拼接构成。

进一步地，在步骤3）中，对照表按照如下的方法形成；

按照所述坐标集记录每一所述正方体区块的具体位置并对应的编号，形成位置-编号-坐标集-分层的对照表。

进一步地，在步骤4）中，建立虚幻引擎的地理空间体系，构建地理空间体系下的坐标集合的方法如下：

在虚幻引擎中利用地形编辑器构建一个平面地形作为基础水平面；

使用地形建模工具导入GIS数据，其中，所述GIS数据是所述目标位于水平面上第一分层中每一正方体区块的坐标集；并按照第一分层中每一正方体区块的坐标集将基础水平面进行更正得到地理空间体系；

在形成的地理空间体系中，以导入的GIS数据作为地理空间构建的基础参照点，构建整个地理空间体系中任意一位置的地理坐标。

进一步地，以正方体区块作为搭建地理空间体系的设定单位。

本申请提供了一种从现实目标测量获取三维轮廓，由三维轮廓得到三维模型，通过对目标参照点的标定，得到参照点的实际坐标（实际空间坐标）在三维模型中标定参照点的实际坐标，再以参照点的实际坐标为三维模型的坐标标记，从而得到三维模型基于现实目标的实际坐标体系，然后将这实际坐标体系直接构建在虚幻引擎中，得到虚幻引擎的空间坐标体系，其中虚幻引擎的空间坐标体系是现实世界目标的一对一映射，其不仅包含了轮廓、结构，连目标上任意一位置的实际坐标也进行了一对一映射。

本申请大量的前期工作是在三维模型中形成的，三维模型设计以及坐标定标是成熟的技术，相比于技术背景中的技术文献1和技术文献2，其技术路线更简单，操作上更成熟。

附图说明

以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明中系统的框架原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参照图1，本发明公开了一种基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，包括如下步骤：步骤1）：基于实际测量的目标的三维轮廓，建立所述目标的三维模型；

步骤2）：基于在所述目标上标定的若干个参照点的实际坐标，在三维模型中进行对应的标定，标定后按照三维模型坐标体系进行转化，构建所述目标的三维模型的实际坐标体系以及任意一位置的实际坐标；

步骤3）：以设定单位量作为坐标间隔，将三维模型划分为若干个正方体区块，按照正方体区块将三维模型分层；记录每一正方体区块的坐标集；并对所述正方体区块按照坐标位置进行标记，形成一个对照表；

步骤4）：建立虚幻引擎的地理空间体系，构建地理空间体系下的坐标集合；

步骤5）：按照所述对照表依次将所述正方体区块对应的坐标集在所述地理空间体系下进行对应的标注，标注完成后将标注点进行正方体区块重构，通过所述正方体区块的重构来在地理空间体系下建立所述目标。

在上述中，目标的三维轮廓通过如下方法测量：

在所述目标上设置若干个均匀的参照点，并设定每一参照点的实际坐标，以所述目标所在的地面所为水平参照面；

以所述目标为中心，按照设定的布设半径布设多个相同的三维扫描仪；

设定每一三维扫描仪的初始位置、移动路径、移动方向以及每一次移动的单位量，并使得布设的每一三维扫描仪的扫描范围中至少存在一个参照点；

控制每一三维扫描仪按照设定的移动路径和移动的单位量对所述目标进行移动扫描，得到轮廓数据；

将每一三维扫描仪得到的轮廓数据进行融合得到所述目标的三维轮廓。

进一步地，所述移动路径是以所述目标为中心，按照设定的布设半径而设定围绕所述目标的等距圆弧段。

在上述的方法中，其原理实际上是以目标为中心，按照设定半径形成一个扫描路径，其中设定半径是以目标而设定的，以能够将目标在三维扫描仪的扫描广角中进行全覆盖为准，所述扫描路径是绕目标形成的圆形路径，在布设三维扫描仪时，按照目标的大小来设定，比如当目标为建筑物时，为了扫描效率，可以设置多个三维扫描仪，在本实施例中，相邻三维扫描仪以目标作为圆心时，其夹角为90°。当然还可以设置更多个三维扫描仪。

三维扫描仪在进行扫描时，按照相同的方向进行移动，每移动一次，其对应的夹角为1°，按照移动方向，直到移动到下一个三维扫描仪的初始位置；其中，当多个三维扫描仪共同工作时，其移动方向，每一次移动的夹角，三维扫描仪的广角范围等均一致，这样，一旦三维扫描仪完成目标的扫描时，可以将多个三维扫描仪的扫描数据进行拼接，为了便于拼接，本申请还设定了三维扫描仪的初始位置和终止位置。

在上述中，在步骤3）中，按照正方体区块将三维模型分层的步骤如下：

设置坐标间隔的设定单位量为定值；

按照设定单位量将三维模型划分为若干个正方体区块；

记录每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据；并将每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据组合形成一个坐标集；

以所述目标所在的地面所为水平参照面，按照正方体区块在所述目标上高度的延伸将同一参照平面上的正方体区块作为分层依据，以将所述目标划分为若干层，每一层由若干正方体区块拼接构成。

上述的技术原理为：本申请将得到的三维模型在设计软件中，比如以50cm作为单位将三维模型划分成若干个边长为501cm的正方体，简单的说，就是三维模型实际上是由若干边长为50cm的正方体堆积而成，此时，不需要记录大量的坐标数据，只需要记录每一个正方体8个顶角的坐标数据即可。然后以目标所在的地面为水平参照面，处在同一平面上的所有正方体区块为一层，这样，就可以将三维模型划分为若干层。

在上述中，在步骤3）中，对照表按照如下的方法形成；

按照所述坐标集记录每一所述正方体区块的具体位置并对应的编号，形成具体位置-编号-坐标集-分层的对照表。

在上述中，在步骤4）中，建立虚幻引擎的地理空间体系，构建地理空间体系下的坐标集合的方法如下：

在虚幻引擎中利用地形编辑器构建一个平面地形作为基础水平面；

使用地形建模工具导入GIS数据，其中，所述GIS数据是所述目标位于水平面上第一分层中每一正方体区块的坐标集；并按照第一分层中每一正方体区块的坐标集将基础水平面进行更正得到地理空间体系；

在形成的地理空间体系中，以导入的GIS数据作为地理空间构建的基础参照点，构建整个地理空间体系中任意一位置的地理坐标。

在上述中，由于目标的参照水平面为地面，其并不一定是完全平整的平面，也有可能是一个曲面，在虚幻引擎中，基础水平面实际上是一个完全平整的平面，因此，在引入GIS数据，通过以基础水平面为参照来标记目标最底层每一个正方体区块的坐标集，就可以得到与现实相同的水平面参照，对应的，以GIS数据就可以修正基础水平面，将基础水平面变成现实地面的映射。

本申请提供了一种从现实目标测量获取三维轮廓，由三维轮廓得到三维模型，通过对目标参照点的标定，得到参照点的实际坐标（实际空间坐标）在三维模型中标定参照点的实际坐标，再以参照点的实际坐标为三维模型的坐标标记，从而得到三维模型基于现实目标的实际坐标体系，然后将这实际坐标体系直接构建在虚幻引擎中，得到虚幻引擎的空间坐标体系，其中虚幻引擎的空间坐标体系是现实世界目标的一对一映射，其不仅包含了轮廓、结构，连目标上任意一位置的实际坐标也进行了一对一映射。

实施例2

参照图2，本申请还公开了一种基于虚幻引擎的地理空间坐标处理系统，包括：拼接模块，用于获取导入至计算机中的多个三维扫描仪的测量数据，将多个三维扫描仪的测量数据按照设定规则进行拼接，以在计算机的三维设计软件中构建目标的三维模型；

坐标转换模块，用于在三维模型设计软件中，构建三维模型的坐标系；将三维扫描仪获取的测量坐标数据导入至设计软件中，以配置到三维模型中，在所述三维模型标定参照点，获取标定点的实际坐标，用所述实际坐标作为参照点在三维模型中的模型坐标数据以替换测量坐标数据，以参照点的模型坐标数据对应的引出相邻点的模型坐标数据并遍历整个坐标系；

分层模块，设置坐标间隔的设定单位量为定值，按照设定单位量将三维模型划分为若干个正方体区块；记录每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据；并将每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据组合形成一个坐标集；以所述目标所在的地面所为水平参照面，按照正方体区块在所述目标上高度的延伸将同一参照平面上的正方体区块作为分层依据，以将所述目标划分为若干层，每一层由若干正方体区块拼接构成；按照所述坐标集记录每一所述正方体区块的具体位置并对应的编号，形成位置-编号-坐标集-分层的对照表；

地理空间体系建立模块，用于在虚幻引擎中利用地形编辑器构建一个平面地形作为基础水平面；使用地形建模工具导入GIS数据，其中，所述GIS数据是所述目标位于水平面上第一分层中每一正方体区块的坐标集；并按照第一分层中每一正方体区块的坐标集将基础水平面进行更正得到地理空间体系；在形成的地理空间体系中，以导入的GIS数据作为地理空间构建的基础参照点，构建整个地理空间体系中任意一位置的地理坐标；

目标映射模块，用于按照所述对照表依次将所述正方体区块对应的坐标集在所述地理空间体系下进行对应的标注，标注完成后将标注点进行正方体区块重构，通过所述正方体区块的重构来在地理空间体系下建立所述目标。

在上述中，所述目标的三维轮廓通过如下方法测量：

在所述目标上设置若干个均匀的参照点，并设定每一参照点的实际坐标，以所述目标所在的地面所为水平参照面；

以所述目标为中心，按照设定的布设半径布设多个相同的三维扫描仪；

设定每一三维扫描仪的初始位置、移动路径、移动方向以及每一次移动的单位量，并使得布设的每一三维扫描仪的扫描范围中至少存在一个参照点；

控制每一三维扫描仪按照设定的移动路径和移动的单位量对所述目标进行移动扫描，得到轮廓数据；

将每一三维扫描仪得到的轮廓数据进行融合得到所述目标的三维轮廓。

进一步地，所述移动路径是以所述目标为中心，按照设定的布设半径而设定围绕所述目标的等距圆弧段。

在上述的方法中，其原理实际上是以目标为中心，按照设定半径形成一个扫描路径，其中设定半径是以目标而设定的，以能够将目标在三维扫描仪的扫描广角中进行全覆盖为准，所述扫描路径是绕目标形成的圆形路径，在布设三维扫描仪时，按照目标的大小来设定，比如当目标为建筑物时，为了扫描效率，可以设置多个三维扫描仪，在本实施例中，相邻三维扫描仪以目标作为圆心时，其夹角为90°。当然还可以设置更多个三维扫描仪。

三维扫描仪在进行扫描时，按照相同的方向进行移动，每移动一次，其对应的夹角为1°，按照移动方向，直到移动到下一个三维扫描仪的初始位置；其中，当多个三维扫描仪共同工作时，其移动方向，每一次移动的夹角，三维扫描仪的广角范围等均一致，这样，一旦三维扫描仪完成目标的扫描时，可以将多个三维扫描仪的扫描数据进行拼接，为了便于拼接，本申请还设定了三维扫描仪的初始位置和终止位置。

在上述中，由于目标的参照水平面为地面，其并不一定是完全平整的平面，也有可能是一个曲面，在虚幻引擎中，基础水平面实际上是一个完全平整的平面，因此，在引入GIS数据，通过以基础水平面为参照来标记目标最底层每一个正方体区块的坐标集，就可以得到与现实相同的水平面参照，对应的，以GIS数据就可以修正基础水平面，将基础水平面变成现实地面的映射。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (5)

1.基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：基于实际测量的目标的三维轮廓，建立所述目标的三维模型；

步骤2)：基于在所述目标上标定的若干个参照点的实际坐标，在三维模型中进行对应的标定，标定后按照三维模型坐标体系进行转化，构建所述目标的三维模型的实际坐标体系以及任意一位置的实际坐标；

步骤3)：以设定单位量作为坐标间隔，将三维模型划分为若干个正方体区块，按照正方体区块将三维模型分层；记录每一正方体区块的坐标集；并对所述正方体区块按照坐标位置进行标记，形成一个对照表；

步骤4)：建立虚幻引擎的地理空间体系，构建地理空间体系下的坐标集合；

步骤5)：按照所述对照表依次将所述正方体区块对应的坐标集在所述地理空间体系下进行对应的标注，标注完成后将标注点进行正方体区块重构，通过所述正方体区块的重构来在地理空间体系下建立所述目标；

在步骤3)中，对照表按照如下的方法形成；

按照所述坐标集记录每一所述正方体区块的具体位置并对应的编号，形成位置-编号-坐标集-分层的对照表；

在步骤4)中，建立虚幻引擎的地理空间体系，构建地理空间体系下的坐标集合的方法如下：

在虚幻引擎中利用地形编辑器构建一个平面地形作为基础水平面；

使用地形建模工具导入GIS数据，其中，所述GIS数据是所述目标位于水平面上第一分层中每一正方体区块的坐标集；并按照第一分层中每一正方体区块的坐标集将基础水平面进行更正得到地理空间体系；

在形成的地理空间体系中，以导入的GIS数据作为地理空间构建的基础参照点，构建整个地理空间体系中任意一位置的地理坐标；

以正方体区块作为搭建地理空间体系的设定单位。

2.根据权利要求1所述的基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，其特征在于，目标的三维轮廓通过如下方法测量：在所述目标上设置若干个均匀的参照点，并设定每一参照点的实际坐标，以所述目标所在的地面所为水平参照面；

以所述目标为中心，按照设定的布设半径布设多个相同的三维扫描仪；

设定每一三维扫描仪的初始位置、移动路径、移动方向以及每一次移动的单位量，并使得布设的每一三维扫描仪的扫描范围中至少存在一个参照点；

控制每一三维扫描仪按照设定的移动路径和移动的单位量对所述目标进行移动扫描，得到轮廓数据；将每一三维扫描仪得到的轮廓数据进行融合得到所述目标的三维轮廓。

3.根据权利要求2所述的基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，其特征在于，所述移动路径是以所述目标为中心，按照设定的布设半径而设定围绕所述目标的等距圆弧段。

4.根据权利要求1所述的基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，其特征在于，在步骤2)中，具体的步骤包括：

在三维模型设计软件中，构建三维模型的坐标系；

将三维扫描仪获取的测量坐标数据导入至设计软件中，以配置到三维模型中；

在所述三维模型标定参照点，获取标定点的实际坐标，用所述实际坐标作为参照点在三维模型中的模型坐标数据以替换测量坐标数据；

以参照点的模型坐标数据对应的引出相邻点的模型坐标数据并遍历整个坐标系。

5.根据权利要求1所述的基于虚幻引擎的地理空间坐标处理方法，其特征在于，在步骤3)中，按照正方体区块将三维模型分层的步骤如下：

设置坐标间隔的设定单位量为定值；

按照设定单位量将三维模型划分为若干个正方体区块；

记录每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据；并将每一正方体区块的8个顶角位置模型坐标数据组合形成一个坐标集；

以所述目标所在的地面所为水平参照面，按照正方体区块在所述目标上高度的延伸将同一参照平面上的正方体区块作为分层依据，以将所述目标划分为若干层，每一层由若干正方体区块拼接构成。