[發明專利]一種點云數據三維可視化渲染方法與計算方法

有效

• 申請號: 201911332970.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111127610B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 余行宇;張俊;趙洲峰;楊乾飛;劉剛
• 申請（專利權）人: 武漢真藍三維科技有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T13/40
• 代理公司: 湖北天領艾匹律師事務所 42252
• 代理人: 程明

1.一種點云數據三維可視化渲染方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

S1、首先不排除其它數據，通過轉換手段，生成具有標準化定義格式的點云數據；

S2、由于數據源文件的格式各不相同，因此在渲染計算之前，通過一個通用的工具對數據進行解析，并生成一個通用格式的.csv中間文件，其中在數據拆分過程中，會自動排斥掉不符合標準化定義的數據，經過處理的中間文件，文件會變得小很多，同時格式清晰，加載時比加載源數據要快幾倍至幾十倍；

S3、數據訪問具有唯一性，因此在加載中間數據時，對整個三維空間進行劃分，形成唯一的鍵值，將每個點云都綁定一個鍵值，這樣就保證了點云的唯一化，如果存在相同鍵值的點云，則只取其中一個，從而實現對數據的歸一化處理，數據加載并歸一化后，以點云數據字典的形式存儲在內存中，可以通過鍵值訪問，當數據量很大的時候，為了快速訪問數據，可以對數據進行多級分類，即生成多級的容器，在數據查找時，先查找主容器，再查找次級容器，最后查找數據，當數據需要實現不同的功能時，可基于該功能的需要進行分類，在數據加載時，采用多線程加載手段，大幅提升加載速度；

S4、在數據歸一化與分類處理后，進行點云渲染，進行頂點渲染時，首先，新建一個三維網格，根據字典數據的點云單位的三維空間坐標，生成三維網格的頂點，根據字典數據的點云單位的能量渲染數據，根據一個顏色轉換算法，計算出三維網格的顏色，根據頂點渲染器，將點云網格渲染出來；

S5、進行基于三維網格的映射渲染時，渲染之前，需要將網格模型碎片化，碎片化步驟如下，遍歷網格模型的每一個三角面，對三角面按照設定的精度，在三角面內設置剖分點，按照平面的三角剖分算法，把三角面碎化成多個更小的三角面，小角面頂點的法線與原三角面一致，根據設置的剖分點以及新生成的三角面，建立新的網格，完成模型碎片后，再進行渲染，渲染步驟如下，遍歷新模型的頂點，將每一個頂點，通過空間換算算法，換算成絕對空間的坐標，根據絕對空間坐標，按點去數據的鍵值計算方法，獲得鍵值，根據鍵值，在數據字典中查找到點云數據，如果未查到即表示能量為0，根據點云數據的能量值，獲得該頂點的顏色值，在獲得所有點的顏色值后，根據frame渲染器，實現新模型的渲染；

S6、對基于三角剖分算法的網格重構渲染時，其中先對點云數據進行分割，點云數據的采集方向通常不進行分割，只對其他兩個方向進行網絡劃分，給劃分的單元設定鍵值，方便查詢，然后通過三角剖分算法，三角面化，對每一個劃分的單元進行三角剖分，根據單內的數據，獲得在數據采集方向上的投影，基于投影進行三角剖分，獲得頂點數據、顏色及三角面，根據剖分數據，生成模型單元，最后無縫連接，對相鄰的兩個模型單元，進行補面操作，同時發起合并操作，合并后，網格應最少，這樣可以減少渲染支出，即可實現三角面渲染；

S7、通過點云運動動畫，當點云數據對應的空間位置/能量發生改變時，重新構建模型，整體的模型也跟隨改動，如需要，通過GPU進行復雜的計算出模型的改變動量，然后再進行模型重構，可保持高幀率的渲染，然后通過插值的方法，可以實現時間和溫度不同維度變化時，點云模型的改變，從而產生整體運動視覺；

S8、然后通過點云粒子動畫，首先通過制作三維模型，并綁定骨骼動畫，對三維模型的每個網格，進行點云采樣，形成一個以網格為鍵值，點云鏈表為數據的字典，根據所有采集的點云的數量，建立一個粒子特效，運行骨骼動畫，網格節點會發生改動，這時點云的位置也發生改變，將點云位置同步給對應的粒子，即實現了點云粒子動畫，產生動畫視覺。