[發(fā)明專利]一種基于改進粒子群算法的動態(tài)3D實時建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810489957.5
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108765556B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設計）人: 郭文忠;陳景輝;賀國榮;董晨;鄭朝鑫;陳榮忠;熊子奇;林詩潔;張凡
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06N3/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發(fā)明提供一種基于改進粒子群算法的動態(tài)3D實時建模方法，其包括以下步驟：步驟S0：提供一裝修預覽系統(tǒng)，其包括掃描模塊、記錄模塊、計算模塊、導入模型模塊、映射模塊和展示模塊；步驟S1：由掃描模塊協(xié)同記錄模塊完成對需要模擬的房間的8個墻角的空間向量信息的標定工作，記錄陀螺儀參數(shù)并解算出空間向量數(shù)據(jù)作為輸出參數(shù)；步驟S2：由計算模塊的核心調(diào)用智能算法，接受步驟S1的輸出參數(shù)，運算得到與立方體房間等比例的房間及用戶身高單位長度數(shù)據(jù)作為輸出參數(shù)；步驟S3：由導入模型模塊調(diào)用3D引擎，接受步驟S2的輸出參數(shù)，動態(tài)創(chuàng)建出房間的3D模型。本發(fā)明的改進的粒子群算法增加粒子的多樣性，以控制收斂速度，并且提高搜索精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于改進粒子群算法的動態(tài)3D實時建模方法。

背景技術(shù)

目前就3D建模方式取得了一下研究成果：國外比較流行的3D建模方式是三維激光掃描點云建模方式，Bahman Jafari等人展示了這種建模方式可以達到極高的模型精度，模型細節(jié)的展現(xiàn)力也很強，但該方法對硬件要求很高，只有高性能電腦才能處理完成3D建模任務。Reem S等人提出了一種從2D圖片中進行摳圖的3D建模方式，這種3D建模屬于三維重建技術(shù)，建模速度快效率高，但精度低。張魏等人提出了一種稱之為曲面建模的3D建模方法，但該方法應用范圍小，只有在曲面物體的建模需求中才能發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決國內(nèi)傳統(tǒng)3D建模技術(shù)測量不精確的缺陷，本發(fā)明提出一種可以實現(xiàn)實時房間等比例建模，使用者可以預覽到整個房間所有方位的裝修效果，讓用戶對房間整體裝修效果有直觀的印象，操作方便且實時性強的3D建模方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于改進粒子群算法的動態(tài)3D實時建模方法，其包括以下步驟：步驟S0：提供一裝修預覽系統(tǒng)，其包括掃描模塊、記錄模塊、計算模塊、導入模型模塊、映射模塊和展示模塊；步驟S1：由掃描模塊協(xié)同記錄模塊完成對需要模擬的房間的8個墻角的空間向量信息的標定工作，記錄陀螺儀參數(shù)并解算出空間向量數(shù)據(jù)作為輸出參數(shù)；步驟S2：由計算模塊的核心調(diào)用智能算法，接受步驟S1的輸出參數(shù)，運算得到與立方體房間等比例的房間及用戶身高單位長度數(shù)據(jù)作為輸出參數(shù)；步驟S3：由導入模型模塊調(diào)用3D引擎，接受步驟S2的輸出參數(shù)，動態(tài)創(chuàng)建出房間的3D模型。

在本發(fā)明一實施例中，步驟S1中掃描模塊的人工標定方法如下：站在該房間中心位置，將移動設備攝像頭對準每面墻壁的墻角頂點位置后，進行人工觸屏點擊標定記錄移動設備的標定時刻的空間姿態(tài)信息；由于與手機姿態(tài)對應的局部坐標系是隨時在變動，3D引擎需要的世界坐標系則定義為在系統(tǒng)初始化陀螺儀時手機設備的瞬間姿態(tài)的局部坐標系為世界坐標系q(t)；

世界坐標系q(t)的數(shù)學表達式如下：

其中，α為陀螺儀表示繞x軸旋轉(zhuǎn)角度roll的數(shù)學符號，β為陀螺儀表示繞y軸旋轉(zhuǎn)角度yaw的數(shù)學符號，γ為陀螺儀表示繞z軸旋轉(zhuǎn)角度pitch的數(shù)學符號，w為慣性權(quán)重，則任意時刻t以世界坐標系為基準的旋轉(zhuǎn)矩陣R(t)的數(shù)學表達如下：

定義陀螺儀初始化瞬間的旋轉(zhuǎn)矩陣為R(t＝0)，則在t＝0時刻記錄陀螺儀的α、β、γ數(shù)值，可得到旋轉(zhuǎn)矩陣R(0)的數(shù)值，則世界坐標系的數(shù)學表達如下所示：

進一步的，記錄模塊解算墻角向量方法如下：如果將立方體房間質(zhì)點中心位置作為三維坐標系的原點位置，則這個原點位置即是用戶在房間中眼睛所處的位置；那么八個頂點的墻角三維坐標值即是八個墻角的向量長度為1的單位值；八個頂點分別定義為：V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈，每個頂點向量都是由V_(x,y,z)的形式確定；定義