[發明專利]基于OpenGL的移動端高精度傾斜攝影三維建模方法

有效

• 申請號: 201910196627.1
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109934911B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 曹興文;吳孟泉;王濤;吳晶;崔青春;魏興華;梅宇驁;伯英杰;宋媛;曹煜;周潔;賈馨;仝永慧
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T5/00
• 代理公司: 煙臺雙聯專利事務所(普通合伙) 37225
• 代理人: 梁翠榮

1.基于OpenGL的移動端高精度傾斜攝影三維建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、對無人機搭載五鏡頭攝像機所獲取待測區的60%重疊率影像數據，根據式1-8基于影像中心像點進行矯正，并對校正后圖像進行卡爾曼濾波算法噪音濾波處理，獲得基礎影像；

式1：A = mx · cos t

式2：B = my · (k · cos t - sin t)

式3：D = mx · sin t

式4：E = -1 · my · (k · sin t + cos t)

式5：C = x 方向的平移量

式6：F = y 方向的平移量

式7：x1 = Ax + By + C

式8：y1 = Dx + Ey + F

其中，A為X的比例因子、B和D項為旋轉項、C和F為平移項、E為y的比例因子的負值，mx為x方向上的比例變化，my為y方向上的比例變化，t取決于偏航角，以x軸為起點逆時針所測的值，由于飛機坐標系與數學平面坐標系定義不同，需用坐標反算來求解出對于二維平面正確的偏航角，這里的t為經過坐標反算過后的偏航角；k為沿x軸的剪切因子=tan(u), u為偏航角與y軸的傾斜角度,此時的傾斜角度是相對于y軸測得；

b、使用圖像處理軟件MATLAB結合卡爾曼濾波算法，濾除噪音對圖像質量的影響；卡爾曼濾波去除噪音因素的步驟為：

1）先確定噪音狀態方程和觀測方程；

2）導入影像數據的外方位元素；

3）輸入各個參數：緯度、經度、過程噪聲方差、觀測噪聲方差、濾波向量初始值、任意時刻觀測狀態方差；

4）求出預測方程的系數，最后通過差分方程實現濾波；

c、將基礎影像導入PC端自動化建模軟件Smart 3D，經過對矯正后的基礎影像進一步的幾何校正、聯合平差處理流程，生成基于真實影像的超高密度點云，并以此生成基于真實影像紋理的高分辨率的實景三維模型；

d、對完成影像矯正后制作高精度的傾斜攝影模型，將生成的傾斜攝影模型數據按照LOD級別分級，使用LOD分級可以用來表示生成傾斜攝影模型的紋理細致程度，LOD分級將模型分為金字塔級別，每一級對應著傾斜攝影模型的精度等級；

e、對分級后的傾斜攝影三維模型按照劃分級別進行分片，每一個分片模型對應著一個根節點；每個分片模型下擁有眾多子節點；將每個分片模型分為若干塊體量較小的傾斜攝影模型，每一分塊模型下對應著一個子節點；對按照LOD等級劃分好分片數、分片模型根節點和對應的經緯度坐標、分塊模型子節點和經緯度坐標保存；對分片的模型進行加載分組，分組步驟如下：

1）首先確定整個測區模型，并按照LOD技術對模型等級進行劃分；

2）接著確定每一等級下的模型分片數，每個級數下的分片數是根據LOD劃分等級所決定；

3）然后確定該等級下分片模型數各自顯示的區域范圍，確定每一個分片模型對應的中心節點和其對應的經緯度；

4）最后確定分片模型下若干塊子模型的子節點和對應的經緯度；

f、對完成模型分級分片的高精度傾斜攝影模型進行數據壓縮，縮小模型的數據量，應當理解為當前的傾斜攝影模型的節點信息為樹狀結構，整個分級模型擁有一個中心節點，對應的各分片模型有根節點，各分片模型下若干塊狀模型擁有對應子節點，通過修改整個模型中心節點、合并相鄰節點、抽稀節點、紋理壓縮來實現移動端的快速瀏覽加載，數據壓縮的方法步驟為：

1）修改整個傾斜攝影模型中心點；

2）合并相鄰節點；

3）抽稀節點；

4）紋理壓縮；

g、使用OpenGL開放圖形庫接口對生成的高精度傾斜攝影模型進行紋理構建與渲染，并將傾斜攝影原先的數據格式進行轉換，實現移動端對高精度傾斜攝影模型的加載瀏覽，對模型進行構建渲染的方法步驟為：

1）運用開放圖形庫提供的應用程序編程接口，通過程序接口將基于LOD等級劃分好的傾斜攝影模型在OpenGL圖形庫進行構建渲染；

2）對渲染構建好的大批量高精度的傾斜攝影模型進行數據轉換，將傾斜攝影原始OBJ、OSGB、DAE數據格式換為由OpenGL圖形庫綁定SFML轉換為移動設備格式，將渲染構建好的數據上傳至服務器或者將數據配置到工程本地，通過移動設備應用程序完成對索引文件的讀取，完成移動設備的加載瀏覽；

3）接著對無人機搭載攝像機的外方位元素，包括整個模型的中心點，飛機的姿態角對應度數，飛機的姿態角包括俯仰角、航向角、橫滾角，計算攝像機鏡頭范圍內確定需要加載的模型基于LOD分級的傾斜攝影模型；

4）當移動設備端的傾斜攝影模型發生移動縮放操作時，先判斷當前的模型所處等級是否為最大模型等級且模型加載量超過60%，接著計算將要加載的模型等級，如果在移動端上進行的是放大傾斜攝影模型操作，則加載新的等級模型，動態刪除之前加載的模型，如果在移動端進行的是縮小傾斜攝影模型操作，則不刪除已經加載的傾斜攝影模型，最終實現動態加載大批量高精度傾斜攝影模型。