CN117372246B - 一种基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，本方法包括以下步骤：S1.输入倾斜摄影三维模型数据、压平范围数据、缓冲半径、点云滤波半径、滤波容差；S2.将压平范围数据按照缓冲半径进行扩大，并得到扩大后的点云滤波范围；S3.对倾斜摄影三维模型进行遍历，并提取点云数据；S4.对S3中提取的点云数据进行滤波处理，其中，滤波以调用包括PCL开源算法库的现有算法或编写算法的形式实现；S5.重新使用压平范围数据对倾斜摄影三维模型三角网顶点进行遍历及压平处理；本发明只压平指定范围内的非地面模型，保留地面部分的原始状态，压平效果自然，压平区域内带有正常地形起伏，几乎不存在传统方法中“闪面”与“陡坎”的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种倾斜摄影三维模型局部压平方法，尤其涉及一种基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法。
背景技术
在倾斜摄影三维模型的应用过程中，往往需要对倾斜摄影三维模型局部区域进行压平操作，例如：三维场景中静止的汽车、杂物、建模效果不好的植被绿化带，基于现状已经消失或更新的建筑物。压平操作具体是将三维模型局部区域内所有三角网置为某一平面上，此平面常为地面某一点所在的水平面。压平后的区域可以进一步修饰纹理，或在三维平台及可视化软件中叠加其他三维模型。
现有的压平操作有两种：
一种是给定某一个高度值和压平范围，遍历倾斜摄影三维模型的三角网，将处于压平范围内的三角网，统一调整至给定高度，实现压平操作；这种方法虽然很容易实现，但其缺陷也非常明显，就是极其容易出现平后“闪面”的情况（因有高度重叠的三角网，从而产生平面在可视化时闪烁），压平后的区域与周边衔接不自然，容易产生“陡坎”。
第二种是根据压平范围线，计算其与倾斜模型的交点，并求出交点的三维坐标，形成参考点集合，压平范围内的三角网高度通过空间插值算法，依据参考点集合拟合得出压平后的高度，实现压平操作；这种方法虽然能在一定程度上解决“陡坎”问题，与周边衔接也较为自然，但是仍然会出现“闪面”情况，并且在压平区域较大时缺陷更为明显。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
本方法包括以下步骤：
S1.输入倾斜摄影三维模型数据、压平范围数据、缓冲半径、点云滤波半径、滤波容差；
S2.将压平范围数据按照缓冲半径进行扩大，并得到扩大后的点云滤波范围；
S3.对倾斜摄影三维模型进行遍历，并提取点云数据；
S4.对S3中提取的点云数据进行滤波处理，
其中，滤波以调用包括PCL开源算法库的现有算法或编写算法的形式实现；
S5.重新使用压平范围数据对倾斜摄影三维模型三角网顶点进行遍历及压平处理。
进一步地，在S1中，
倾斜摄影三维模型数据为具有纹理的三角网模型；
压平范围数据为矢量图层数据，矢量图层类型为面状要素数据；
缓冲半径，用于下一步进行缓冲区分析，扩大地面点搜索范围；
点云滤波半径，用于点云滤波腐蚀和膨胀时使用的分析半径；
滤波容差，用于判断经过腐蚀和膨胀后的点云数据是否为地面点的分析参数。
进一步地，在S2中，若压平范围数据内包含有多个要素，则分别对每个要素进行缓冲区分析，进而得到每个要素对应的点云滤波范围，将点云滤波范围临时存储。
进一步地，S3包括以下具体步骤：
A1.建立存储容器，用于存储滤波需要的点云数据；
A2.以瓦片方式存储倾斜摄影三维模型，遍历时，对每个瓦片逐个操作；
A3.单个瓦片带有多级LOD数据时，对每级LOD分别进行遍历操作或指定某一级LOD进行遍历操作。
进一步地，单个瓦片带有多级LOD数据时，具体包括以下两种情况：
（1）对于A3中单个瓦片的每级中的一级LOD数据，其本质为三角网模型，其遍历方法如下：
获得三角网模型的顶点数组，
对顶点数组进行遍历，结合得到的所有滤波范围，逐一进行空间关系判断，
针对判断结果将位于滤波范围内的顶点存储至存储容器中，
待所有顶点遍历完毕，则得到该瓦片的该LOD级别的点云数据。
（2）对于A3中单个瓦片的指定级LOD数据，其本质为三角网模型，其遍历方法如下：
获得三角网模型的顶点数组，
对顶点数组进行遍历，结合得到的所有滤波范围，逐一进行空间关系判断，
针对判断结果将位于滤波范围内的顶点储存至存储容器中，
待所有顶点遍历完毕，则得到该瓦片的点云数据。
进一步地，分为腐蚀处理、膨胀处理两步，针对（1）的具体方法如下：
B1.对每一级LOD对应的初始点云数据分别进行遍历，按照点云滤波半径进行腐蚀处理，并得到腐蚀处理后的点云数据，
B2.将腐蚀处理后的点云数据，按照点云滤波半径进行膨胀处理，并进行容差判断以得到地面点数据；
针对（2）的具体方法如下：
C1.对得到初始点云数据进行遍历，按照点云滤波半径进行腐蚀处理，得到腐蚀处理后的点云数据；
C2.将腐蚀处理后的点云数据，按照点云滤波半径进行膨胀处理，并进行容差判断以得到地面点数据。
进一步地，腐蚀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其腐蚀值为高程值；
将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的腐蚀值大于B的高程值，将A的腐蚀值设置为B的高程值，当A的腐蚀值小于B的高程值，不做处理；
最终完成所有点的腐蚀操作。
进一步地，膨胀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其膨胀值为腐蚀值；
将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的膨胀值小于B的腐蚀值，将A的膨胀值设置为B的腐蚀值，其他情况不做处理；
判断经过膨胀计算的A的膨胀值与其原始高程值之差，当插值大于滤波容差，则将A标记为非地面点，反之将A标记为地面点。
进一步地，S5的具体操作方法如下：
D1.以瓦片方式存储倾斜摄影三维模型，遍历时，对每个瓦片逐个操作；
D2.单个瓦片带有多级LOD数据时，对每级LOD分别进行遍历操作
D3.单个瓦片的一级LOD数据，其本质为三角网模型。
进一步地，D3的遍历方法包括分别针对（1）、（2）的两种情况：
针对（1）时，
首先，获得三角网模型的顶点数组，
其次，将滤波后的点云数据中与本LOD级别相同的计算结果作为压平参考数据，
再次，对顶点数组进行遍历，若存在某一顶点位于任一滤波范围内，则对该顶点压平，压平将参考数据中的地面点作为参照，对该顶点进行有规则的插值，
接着，待所有顶点遍历完成，更新模型顶点数组，输出三维模型数据，
最后，完成所有瓦片的所有LOD级别的遍历处理，得到压平后的三维模型数据；
针对（2）时，
首先，获得三角网模型的顶点数组，
其次，将滤波后的点云数据与（2）中的计算结果作为压平参考数据，
再次，对顶点数组进行遍历，若存在某一顶点位于任一滤波范围内，则对该顶点压平，压平将参考数据中的地面点作为参照，对该顶点进行有规则的插值，
接着，待所有顶点遍历完成，更新模型顶点数组，输出三维模型数据，
最后，完成所有瓦片的所有LOD级别的遍历处理，得到压平后的三维模型数据。
本发明公开了一种基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，只压平指定范围内的非地面模型，保留地面部分的原始状态，压平效果自然，压平区域内带有正常地形起伏，几乎不存在传统方法中“闪面”与“陡坎”的缺陷。
附图说明
图1为本发明的技术流程图。
图2为原始倾斜摄影三维模型。
图3为本发明的压平范围展示图。
图4为本发明的效果展示图。
图5为现有技术缺陷展示图。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明公开了一种基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，将压平区域进行外扩，提取外扩后区域内部倾斜摄影三维模型三角网顶点，转换为点云数据，采用滤波算法，将点云数据标记为地面点与非地面点，实现点云的滤波，压平区域内部三角网顶点参照周围地面点，按照规则调整其高度值，从而实现倾斜摄影三维模型的局部压平。
本方法包括以下步骤：
S1.输入倾斜摄影三维模型数据、压平范围数据、缓冲半径、点云滤波半径、滤波容差；
S2.将压平范围数据按照缓冲半径进行扩大，并得到扩大后的点云滤波范围；
S3.对倾斜摄影三维模型进行遍历，并提取点云数据；
S4.对S3中提取的点云数据进行滤波处理，
其中，滤波以调用包括PCL开源算法库的现有算法或编写算法的形式实现；
S5.重新使用压平范围数据对倾斜摄影三维模型三角网顶点进行遍历及压平处理。
在S1中，倾斜摄影三维模型数据为具有纹理的三角网模型，其为osgb格式或obj格式；压平范围数据为矢量图层数据，其为dxf或shp格式，矢量图层类型为面状要素数据；缓冲半径，用于下一步进行缓冲区分析，扩大地面点搜索范围；点云滤波半径，用于点云滤波腐蚀和膨胀时使用的分析半径；滤波容差，用于判断经过腐蚀和膨胀后的点云数据是否为地面点的分析参数。
在S2中，若压平范围数据内包含有多个要素，则分别对每个要素进行缓冲区分析，进而得到每个要素对应的点云滤波范围，将点云滤波范围临时存储。
S3包括以下具体步骤：
A1.建立存储容器，用于存储滤波需要的点云数据；
A2.以瓦片方式存储倾斜摄影三维模型，遍历时，对每个瓦片逐个操作；
A3.单个瓦片带有多级LOD数据时，对每级LOD分别进行遍历操作或指定某一级LOD分别进行遍历操作。
基于上述方法，下面结合实施例进行详细说明。
实施例一
单个瓦片带有多级LOD数据时，对于A3中单个瓦片的每级中的一级LOD数据，其本质为三角网模型，其遍历方法如下：
获得三角网模型的顶点数组；对顶点数组进行遍历，结合得到的所有滤波范围，逐一进行空间关系判断；针对判断结果将位于滤波范围内的顶点存储至存储容器中，需要说明的是，如果与所有滤波范围空间上没有包含关系，则跳过此顶点；待所有顶点遍历完毕，则得到该瓦片的该LOD级别的点云数据。
基于上述操作，在S3中添加A4步骤，即完成所有瓦片所有LOD级别的遍历，得到不同级别LOD所对应的不同点云数据，每级LOD均对应一个点云数据集。
本实施例的S4为形态学滤波，并分为腐蚀处理、膨胀处理两步，具体的：
B1.对每一级LOD对应的初始点云数据分别进行遍历，按照点云滤波半径进行腐蚀处理，并得到腐蚀处理后的点云数据。
优选的，腐蚀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其腐蚀值为高程值；
将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的腐蚀值大于B的高程值，将A的腐蚀值设置为B的高程值，当A的腐蚀值小于B的高程值，不做处理；
最终完成所有点的腐蚀操作。
B2.将腐蚀处理后的点云数据，按照点云滤波半径进行膨胀处理，并进行容差判断以得到地面点数据。
优选的，膨胀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其膨胀值为腐蚀值；
将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的膨胀值小于B的腐蚀值，将A的膨胀值设置为B的腐蚀值，其他情况不做处理；
判断经过膨胀计算的A的膨胀值与其原始高程值之差，当插值大于滤波容差，则将A标记为非地面点，反之将A标记为地面点。
本实施例的S5的具体操作方法如下：
D1.以瓦片方式存储倾斜摄影三维模型，遍历时，对每个瓦片逐个操作；
D2.单个瓦片带有多级LOD数据时，对每级LOD分别进行遍历操作
D3.单个瓦片的一级LOD数据，其本质为三角网模型。
优选的，D3的遍历方法如下：
首先，获得三角网模型的顶点数组；
其次，将滤波后的点云数据中与本LOD级别相同的计算结果作为压平参考数据；
再次，对顶点数组进行遍历，若存在某一顶点位于任一滤波范围内，则对该顶点压平，压平将参考数据中的地面点作为参照，对该顶点进行有规则的插值，进一步的，插值规则包括最邻近法、双线性插值法、双三次插值法，当采用最邻近法时，找到参考数据中与顶点距离最近的地面点，并将该顶点的高程值修改为该地面点的高程值；
接着，待所有顶点遍历完成，更新模型顶点数组，输出三维模型数据；
最后，完成所有瓦片的所有LOD级别的遍历处理，得到压平后的三维模型数据。
实施例二
单个瓦片带有多级LOD数据时，对于A3中单个瓦片的指定级LOD数据，其本质为三角网模型，其遍历方法如下：
获得三角网模型的顶点数组；对顶点数组进行遍历，结合得到的所有滤波范围，逐一进行空间关系判断；针对判断结果将位于滤波范围内的顶点储存至存储容器中；待所有顶点遍历完毕，则得到该瓦片的点云数据。
本实施例的S4为形态学滤波，并分为腐蚀处理、膨胀处理两步，具体的：
B1.对每一级LOD对应的初始点云数据分别进行遍历，按照点云滤波半径进行腐蚀处理，并得到腐蚀处理后的点云数据。
优选的，腐蚀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其腐蚀值为高程值；
将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的腐蚀值大于B的高程值，将A的腐蚀值设置为B的高程值，当A的腐蚀值小于B的高程值，不做处理；
最终完成所有点的腐蚀操作。
B2.将腐蚀处理后的点云数据，按照点云滤波半径进行膨胀处理，并进行容差判断以得到地面点数据。
优选的，膨胀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其膨胀值为腐蚀值；
将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的膨胀值小于B的腐蚀值，将A的膨胀值设置为B的腐蚀值，其他情况不做处理；
判断经过膨胀计算的A的膨胀值与其原始高程值之差，当插值大于滤波容差，则将A标记为非地面点，反之将A标记为地面点。
本实施例的S5的具体操作方法如下：
D1.以瓦片方式存储倾斜摄影三维模型，遍历时，对每个瓦片逐个操作；
D2.单个瓦片带有多级LOD数据时，对每级LOD分别进行遍历操作
D3.单个瓦片的一级LOD数据，其本质为三角网模型。
优选的，D3的遍历方法如下：
首先，获得三角网模型的顶点数组；
其次，将滤波后的点云数据与上述计算结果作为压平参考数据；
再次，对顶点数组进行遍历，若存在某一顶点位于任一滤波范围内，则对该顶点压平，压平将参考数据中的地面点作为参照，对该顶点进行有规则的插值，进一步的，插值规则包括最邻近法、双线性插值法、双三次插值法，当采用最邻近法时，找到参考数据中与顶点距离最近的地面点，并将该顶点的高程值修改为该地面点的高程值；
接着，待所有顶点遍历完成，更新模型顶点数组，输出三维模型数据；
最后，完成所有瓦片的所有LOD级别的遍历处理，得到压平后的三维模型数据。
如此，本发明公开的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，只压平指定范围内的非地面模型，保留地面部分的原始状态，压平效果自然，压平区域内带有正常地形起伏，几乎不存在传统方法中“闪面”与“陡坎”的缺陷。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，其特征在于，本方法包括以下步骤：
S1.输入倾斜摄影三维模型数据、压平范围数据、缓冲半径、点云滤波半径、滤波容差；
S2.将压平范围数据按照缓冲半径进行扩大，并得到扩大后的点云滤波范围；
S3.对倾斜摄影三维模型进行遍历，并提取点云数据；
S4.对所述S3中提取的点云数据进行滤波处理，
其中，滤波以调用包括PCL开源算法库的现有算法或编写算法的形式实现；
其中，滤波处理分为腐蚀处理、膨胀处理两步，
所述腐蚀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其腐蚀值为高程值，将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的腐蚀值大于B的高程值，将A的腐蚀值设置为B的高程值，当A的腐蚀值小于B的高程值，不做处理，最终完成所有点的腐蚀操作；
所述膨胀处理方法如下：
将点云数据中的每个点进行遍历，取任一点A，初始化其膨胀值为腐蚀值，将A与数据集中其他点进行水平距离判断，并假设取数据集中的某一点为B，具体当B与A之间的距离小于点云滤波半径时，则继续，当A的膨胀值小于B的腐蚀值，将A的膨胀值设置为B的腐蚀值，其他情况不做处理，判断经过膨胀计算的A的膨胀值与其原始高程值之差，当插值大于滤波容差，则将A标记为非地面点，反之将A标记为地面点；
S5.重新使用压平范围数据对倾斜摄影三维模型三角网顶点进行遍历及压平处理。
2.根据权利要求1所述的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，其特征在于：在所述S1中，
倾斜摄影三维模型数据为具有纹理的三角网模型；
压平范围数据为矢量图层数据，矢量图层类型为面状要素数据；
缓冲半径，用于下一步进行缓冲区分析，扩大地面点搜索范围；
点云滤波半径，用于点云滤波腐蚀和膨胀时使用的分析半径；
滤波容差，用于判断经过腐蚀和膨胀后的点云数据是否为地面点的分析参数。
3.根据权利要求1所述的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，其特征在于：在所述S2中，若压平范围数据内包含有多个要素，则分别对每个要素进行缓冲区分析，进而得到每个要素对应的点云滤波范围，将所述点云滤波范围临时存储。
4.根据权利要求1所述的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，其特征在于，所述S3包括以下具体步骤：
A1.建立存储容器，用于存储滤波需要的点云数据；
A2.以瓦片方式存储倾斜摄影三维模型，遍历时，对每个瓦片逐个操作；
A3.单个瓦片带有多级LOD数据时，对每级LOD分别进行遍历操作或指定某一级LOD进行遍历操作。
5.根据权利要求4所述的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，单个瓦片带有多级LOD数据时，其特征在于，具体包括以下两种情况：
(1)对于A3中单个瓦片的每级中的一级LOD数据，其本质为三角网模型，其遍历方法如下：
获得三角网模型的顶点数组，
对顶点数组进行遍历，结合得到的所有滤波范围，逐一进行空间关系判断，
针对判断结果将位于滤波范围内的顶点存储至存储容器中，
待所有顶点遍历完毕，则得到该瓦片的该LOD级别的点云数据。
(2)对于A3中单个瓦片的指定级LOD数据，其本质为三角网模型，其遍历方法如下：
获得三角网模型的顶点数组，
对顶点数组进行遍历，结合得到的所有滤波范围，逐一进行空间关系判断，
针对判断结果将位于滤波范围内的顶点储存至存储容器中，
待所有顶点遍历完毕，则得到该瓦片的点云数据。
6.根据权利要求5所述的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，其特征在于，针对(1)的具体方法如下：
B1.对每一级LOD对应的初始点云数据分别进行遍历，按照点云滤波半径进行腐蚀处理，并得到腐蚀处理后的点云数据，
B2.将腐蚀处理后的点云数据，按照点云滤波半径进行膨胀处理，并进行容差判断以得到地面点数据；
针对(2)的具体方法如下：
C1.对得到初始点云数据进行遍历，按照点云滤波半径进行腐蚀处理，得到腐蚀处理后的点云数据；
C2.将腐蚀处理后的点云数据，按照点云滤波半径进行膨胀处理，并进行容差判断以得到地面点数据。
7.根据权利要求6所述的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，其特征在于，所述S5的具体操作方法如下：
D1.以瓦片方式存储倾斜摄影三维模型，遍历时，对每个瓦片逐个操作；
D2.单个瓦片带有多级LOD数据时，对每级LOD分别进行遍历操作；
D3.单个瓦片的一级LOD数据，其本质为三角网模型。
8.根据权利要求7所述的基于滤波算法的倾斜摄影三维模型局部压平方法，其特征在于，所述D3的遍历方法包括分别针对(1)、(2)的两种情况：
针对(1)时，
首先，获得三角网模型的顶点数组，
其次，将滤波后的点云数据中与本LOD级别相同的计算结果作为压平参考数据，
再次，对顶点数组进行遍历，若存在某一顶点位于任一滤波范围内，则对该顶点压平，所述压平将参考数据中的地面点作为参照，对该顶点进行有规则的插值，
接着，待所有顶点遍历完成，更新模型顶点数组，输出三维模型数据，
最后，完成所有瓦片的所有LOD级别的遍历处理，得到压平后的三维模型数据；
针对(2)时，
首先，获得三角网模型的顶点数组，
其次，将滤波后的点云数据与(2)中的计算结果作为压平参考数据，
再次，对顶点数组进行遍历，若存在某一顶点位于任一滤波范围内，则对该顶点压平，所述压平将参考数据中的地面点作为参照，对该顶点进行有规则的插值，
接着，待所有顶点遍历完成，更新模型顶点数组，输出三维模型数据，
最后，完成所有瓦片的所有LOD级别的遍历处理，得到压平后的三维模型数据。
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