[發明專利]一種虛擬建筑空間搭建與漫游方法

有效

• 申請號: 202010552065.2
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111798562B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 孫澄宇;胡偉林;李舒陽;林瑩珊;姜涵宸;李夢婷;趙鑫
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T19/00;G06T15/04
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種虛擬建筑空間搭建與漫游方法，其特征在于：

在搭建階段，搭建出低細節水平模型，將其按漫游空間的幾何特征劃分出若干空間體驗單元，并逐一為其采集、對準一幅全景圖；

在漫游階段，根據漫游者所在的視點位置，按照特定的調度算法，實時為各單元分配一副全景圖并被從單元內的采集位置實時逆向投影回單元的三維模型表面來充當其紋理貼圖；然后通過對所有單元的三維模型及其紋理貼圖進行實時渲染計算，來得到雙目立體視野中的動態畫面及建筑空間的虛擬場景；

包括四大步驟，具體：

步驟一：在漫游區域內劃分空間體驗單元輪廓與設定采集投射點；

劃分出若干空間體驗單元，設每個單元的輪廓為封閉平面曲線S，其內有一個且只有一個用于后續采集與投射全景圖的空間位置點V，V的地面投影為點O，前者位于后者正上方人視高度距離h處；

步驟二：搭建三維低細節水平數字模型；

首先，為整個建筑空間搭建低細節水平三維數字模型，描述與漫游者視線遮擋有關的建筑對象，然后，根據步驟一的單元劃分，將上述整體模型劃分為一系列獨立的局部三維模型，以便于其獨立承接全景圖的逆向紋理貼圖投射；

步驟三：采集每個單元的全景圖并與其模型對準；

1)采集環節

為步驟二產生的每個獨立空間體驗單元，在其全景圖采集與投射點V處采集全景圖；實際采集時,周圍建筑空間的各種細節特征均被投射到一個以V’為球心的承影球面上形成帶色彩的點陣列，每個單元的實際采集點V’與步驟一劃分時設定的點V之間，會因采集方式的不同，出現完全重合，或誤差；

2)對準環節

對于通過計算機渲染獲得的全景圖，其在步驟一中設定的點V與實際采集點V’的位置與朝向完全吻合，無需對準；

對于通過現場采集獲得的全景圖，其在步驟一中設定的點V與實際點V’的位置存在操作誤差，需要對準；

步驟四：實時調度空間體驗單元模型上的全景圖并實現漫游；

1)為每個空間體驗單元模型實時調度一幅全景圖充當起其紋理貼圖：

首先，根據漫游者位置實時區分“近單元”與“遠單元”，即以一個可調節的“自投影半徑r”參數，計算出以當前漫游者所在位置P為圓心的圓形范圍內，與哪些單元具有包含或相交關系即為“近單元”，哪些不具有上述關系即為“遠單元”；

其次，對于“近單元”調度使用在其各自的實際采集投射點V’處獲得的全景圖，而對于“遠單元”，以及漫游可達范圍以外的其他模型部分，均調度使用當前漫游者所在單元的實際采集投射點V’處獲得的全景圖；

最后，對上述調度結果，即若干對“模型+全景圖”，自動進行各單元模型紋理貼圖的逆向投射生成，即每對中的全景圖從其采集投影點V’，向四周投射全景圖中的像素，投射至相應的模型表面，成為其紋理貼圖；最終獲得一系列帶有紋理貼圖的單元三維模型；

2)渲染一系列帶紋理的單元三維模型；

所述帶紋理的單元三維模型作為輸入，通過計算機實時渲染計算技術，直接獲得漫游者觀看到的兩眼動態畫面，實現漫游。

2.根據權利要求1所述的虛擬建筑空間搭建與漫游方法，其特征在于：對于空間體驗單元及采集投射點應滿足四個條件：

1)采集投射點的地面投影點O對單元地面輪廓S的無遮擋原則；

每個空間體驗單元的采集投射點在地面上的投影點O到輪廓S上任意點的連線不與輪廓的其他部分相交，即確保了在該單元中，以V點采集或投射全景圖時，單元不會出現三維模型的自身相互遮擋；

2)單元輪廓S的線段產生原則；

每個空間體驗單元輪廓S中的線段與建筑空間中附近的主要對象應保持重合、平行、垂直關系；

3)單元輪廓S的均勻原則；

每個空間體驗單元輪廓S的長與寬應相近，且多個單元之間的面積大小也應相近；

4)所有空間體驗單元組合在一起時，完全覆蓋、不超漫游區域范圍，且各自之間不存在重合。

3.根據權利要求1所述的虛擬建筑空間搭建與漫游方法，其特征在于：還包括開始步驟，先進行劃定漫游可達范圍，以形成符合實際應用的漫游區域，具體指收集擬建建筑空間的信息，劃定允許漫游者踏足的地面范圍作為漫游可達區域。

4.根據權利要求1所述的虛擬建筑空間搭建與漫游方法，其特征在于：步驟一所述劃分方式，以下四個子步驟進行：

子步驟2-1：將整個建筑空間在地面以上的一般人視點高度分為墻地面與墻頂棚兩部分；

子步驟2-2：對于墻地面與墻頂棚兩者，根據能夠對漫游者觀察起到遮擋作用的對象的邊界進行初次劃分；其中墻地面部分的劃分一般參考結構構件、墻地面突出構件、墻面懸掛構件、地面布設裝置、高度與轉折變化；墻頂棚部分的劃分一般參考結構構件、墻面頂棚突出構件、墻面頂棚懸掛構件、高差與轉折變化；

對于柱子、立桿、突出的拐角歸類為“點”狀對象，從“點”狀的中心處向鄰近的邊緣或分割線，作垂線或連接直線段，以此獲得新的單元邊界；

對于板狀標識、短墻面可以歸類為“線”狀對象，向兩端延長其在地面上的投影線至鄰近的其他邊緣或分割線，從而產生新的單元邊界；

得初次劃分出的空間體驗單元；

子步驟2-3：將墻頂棚和墻地面分別初次劃分出的空間體驗單元在平面上疊合，兩者的單元邊界可能存在包含或相交的情況，取重疊后的最小單元來作為最終的空間體驗單元；

得最終劃分出的空間體驗單元；

子步驟2-4：將每個最終劃分出的空間體驗單元地面輪廓內的一點確定為其采集投射點V在地面上的投影點O；點O既確保其離單元地面輪廓的各條線段距離相近，又便于現場定位。