[發明專利]基于立體像對的一種三維建筑物快速建模方法

無效

• 申請號: 200810017987.2
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101286241A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 郭雷;趙天云;程兆廣
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T17/40
• 分類號: G06T17/40;G06T17/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 王鮮凱

所屬技術領域：本發明涉及一種基于立體像對的三維建筑物快速建模方法。適合于航空影像中典型目標(如建筑物)的三維建模，成像源是可見光。

背景技術：

隨著信息科技的發展，對三維建筑物建模和實現城市虛擬現實的需求越來越多。三維虛擬建筑物的實現將對計算機科學以及地球信息科學等諸多領域的前景產生前所未有的巨大影響，如三維虛擬城市、機器人智能導航、導彈制導、車輛輔助駕駛、建筑模擬展示、飛行模擬、交互式游戲、醫療模擬、虛擬購物、虛擬博物館和虛擬藝術陳列館等。

目前三維建模大致有如下三種解決辦法，但仍存在很多問題。方法1：直接使用三維制作軟件，比如計算機輔助繪圖設計軟件(AUTOCAD)、三維動畫設計軟件(3DMAX)等建模，這種方法能逼真地表示城市的精細結構和材質特征，基本上能夠滿足虛擬現實技術的3I(沉浸、交互、構想)的要求。特別是對于那些自然物(如樹木)和不規則的建筑物(如涼亭、拱頂、圓頂、路燈、橋等)等效果會比較好，但對于大范圍的區域，如果每個模型都這樣建立，不僅費時費力，而且也不經濟。方法2：直接利用傳統GIS的二維線劃數據及其相應的高度屬性進行三維建模，各建筑物表面還可以加上相應的紋理，但采用此種方法只局限于較規則建筑物的三維建模。方法3：利用數字攝影測量技術進行全自動三維建模，這種方法具有自動化程度高、建模速度快、易于實時更新等特點。缺點是算法復雜，建模誤差較大。針對以往三維建模算法的缺陷，采用基于數字攝影測量技術的半自動三維建模算法，能有效地實現速度和逼真度的兼顧。特別是對于一些僅需小范圍的典型目標的建模場合，例如制導時的目標區域，采用該方法進行建模不失為一種簡單而有效的方法。

發明內容：

為避免現有三維建模算法的缺陷，本發明提出了一種基于數字攝影測量技術的半自動三維建模算法。三維建模所需的高精度三維信息通過航空立體像對用圖像處理和數字攝影測量的方法來獲取。

一種基于立體像對的三維建筑物的建模方法，其特征在于：首先按照順時針或者逆時針方向依次在左航空影像和右航空影像中提取建筑物的角點；然后根據近似點位對提取的建筑物的角點位置糾正；接著對影像進行自動定向，最后按照自動定向的結果進行三維坐標的計算，計算結果利用OPENGL工具來實現在屏幕上的三維顯示和多角度觀察；所述的建筑物角點是相鄰的兩個角點相連，最后一個角點和第一個角點相連；所述的角點位置糾正的具體步驟如下：首先提取出的角點為1，2，…，N，角點位置糾正時提取的角點為a，b，…，M，如果角點i(i＝1，2，…，N)和角點j(j＝a，b，…，M)之間的距離小于3個像素，則將角點j的位置賦給角點i。

所述的影像自動定向包括內定向和相對定向。

所述的影像自動定向所需的同名點對通過相關匹配和松弛法迭代左右圖上的Harris角點來得到。

所述的模型三維顯示及多角度觀察利用OPENGL工具來實現的步驟是：首先按照透視投影的原理，將三維坐標進行相應的映射變換后在屏幕上將三維模型顯示出來，再將提供的紋理圖片依據像素坐標信息與三維模型對應起來建立精確的紋理映射，然后在該包含紋理信息的三維模型基礎上添加鼠標和鍵盤的互動操作，實現多角度的觀察。

本發明具有兩個明顯的優點：一、算法簡單有效。由于航空影像獲取的便捷性、高效性和高信息容納性，用攝影測量的方法從大比例尺航空影像獲取建筑物的三維幾何信息和表面的紋理，是實現三維建筑物建模的有效途徑之一。由于視覺計算理論、硬件水平的限制以及影像數據的復雜性等原因，從航空影像自動提取建筑物的研究成果已有很多，但至今尚沒有適合于任何比例尺和影像質量，適合于任何類型的建筑物的實用方法。二、可實現速度和逼真度的兼顧。由于算法簡單，僅提取建筑物的角點，所以速度很快。

附圖說明：

圖1：基于立體像對的三維建筑物快速建模流程圖

圖2：航空立體像對的輸入

圖3：部分建筑物的三維模型(粘貼紋理后)

圖4：部分建筑物的三維模型(骨線結構圖)

具體實施方式：

現結合附圖對本發明作進一步描述：

用于實施的硬件環境是：Pentium-43G計算機、1GB內存、128M顯卡，運行的軟件環境是：VC++6.0和Windows?XP。我們用VC++程序設計語言實現了本發明提出的方法。圖像數據采用航空立體像對(西安城區圖)。