[發(fā)明專利]一種基于二維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)三維場景全自動(dòng)構(gòu)建的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010789780.8
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN112150604B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬家俊;奚大平;江文萍;王瑩;劉一飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 孔燦

本發(fā)明公開了一種基于二維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)三維場景全自動(dòng)構(gòu)建的方法及系統(tǒng)。所述方法具體包括：基于GDAL讀取解析多種二維shp數(shù)據(jù)；根據(jù)獲取的地形控制點(diǎn)、地型地貌線數(shù)據(jù)構(gòu)建初始三角網(wǎng)；計(jì)算各類數(shù)據(jù)高程值；基于CGAL實(shí)現(xiàn)約束扣取或刪除，將約束后三角網(wǎng)作為地形構(gòu)建三維模型；在OSG技術(shù)下，根據(jù)各類數(shù)據(jù)高程值分別對綠地面、居民地、水系、道路面、道路中心線構(gòu)建各要素三維模型。所述系統(tǒng)包括：shp數(shù)據(jù)讀取模塊、初始三角網(wǎng)構(gòu)建模塊、數(shù)據(jù)高程值計(jì)算模塊、約束不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建模塊、三維模型構(gòu)建模塊。本發(fā)明基于開源OSG技術(shù)，基于已有二維數(shù)據(jù)通過合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)三維場景構(gòu)建，節(jié)約了實(shí)現(xiàn)必要功能的成本，且具有更廣泛的推廣價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維場景構(gòu)建領(lǐng)域，尤其涉及一種三維場景全自動(dòng)構(gòu)建系統(tǒng)。

背景技術(shù)

三維場景快速構(gòu)建技術(shù)的相關(guān)研究早已在國內(nèi)外開展，并已投入使用。目前關(guān)于三維場景快速構(gòu)建技術(shù)主要包括：基于無人機(jī)技術(shù)生成傾斜攝影模型、三維激光掃描建模、SLAM快速掃描建模、深度學(xué)習(xí)場景建模以及傳統(tǒng)手工建模。

上述這幾種建模方法在不同的領(lǐng)域都有優(yōu)缺點(diǎn)。基于無人機(jī)技術(shù)生成傾斜攝影模型，在當(dāng)下無人機(jī)技術(shù)越來越成熟穩(wěn)定的背景下，對小范圍內(nèi)的三維場景構(gòu)建，有著極大的優(yōu)勢，其仿真度高，生產(chǎn)流程快，但是成本較高，一般只適用于小范圍的建模，當(dāng)范圍較大時(shí)成本投入過大，而且目前國內(nèi)對無人機(jī)立法尚不完全，極易與各地保密單位產(chǎn)生糾紛，對技術(shù)應(yīng)用有一定局限。三維激光掃描技術(shù)由于其測量精度高，在傳統(tǒng)的古建筑數(shù)字化模型構(gòu)建方法中得到了廣泛應(yīng)用，但由于工程造價(jià)成本較高，在實(shí)際應(yīng)用中難以得到大量推廣使用。SLAM快速掃描建模、深度學(xué)習(xí)場景建模等方法在成本投入，實(shí)際效果、生成范圍代銷等方面各自有著缺點(diǎn)。

針對大范圍三維場景的自動(dòng)構(gòu)建，一般對于紋理的實(shí)時(shí)效果要求不高，不需要類似于無人機(jī)傾斜攝影模型一樣的及其精細(xì)的紋理細(xì)節(jié)，但是對地物實(shí)體的物理坐標(biāo)要求又相對較高，目前的建模方法存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述問題，本發(fā)明提出了一種基于二維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)三維場景全自動(dòng)構(gòu)建的方法及系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以最大限度的利用已有的二維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)大范圍三維場景的自動(dòng)構(gòu)建，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，對設(shè)備的要求不高，更使得本系統(tǒng)推廣簡單，有較大的推廣價(jià)值。

一種基于二維數(shù)據(jù)的三維場景全自動(dòng)構(gòu)建方法，包括以下步驟：

S1：Shp文件讀取程序啟動(dòng)，按照用戶輸入的shp文件路徑讀取各類shp數(shù)據(jù)，然后讀取程序調(diào)用GDAL庫對其解析，獲取各類二維shp數(shù)據(jù)；

S2：初始三角網(wǎng)構(gòu)建程序啟動(dòng)，根據(jù)S1中的各類二維shp數(shù)據(jù)構(gòu)建初始三角網(wǎng)；

S3：計(jì)算初始三角網(wǎng)中各類數(shù)據(jù)高程值；

S4：利用所述各類數(shù)據(jù)高程值，通過CGAL技術(shù)將綠地面、居民地、水系、道路面、道路中心線數(shù)據(jù)作為約束數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)約束扣取，將約束后三角網(wǎng)作為地形構(gòu)建三維模型；

S5：在所述地形構(gòu)建三維模型的基礎(chǔ)上，利用OSG技術(shù)根據(jù)各類數(shù)據(jù)高程值分別對綠地面、居民地、水系、道路面、道路中心線構(gòu)建各要素三維模型；

S6：場景構(gòu)建完成；通過不同的交互模式，實(shí)現(xiàn)對場景的漫游、交互和測量操作，最后根據(jù)不同的操作進(jìn)行結(jié)果輸出，并將結(jié)果存入本地。

進(jìn)一步地，步驟S1中，系統(tǒng)使用常規(guī)二維shp數(shù)據(jù)，shp文件讀取程序在獲取二維shp數(shù)據(jù)文件夾路徑后，通過GDAL對其解析，獲取包括地形控制點(diǎn)、地型地貌線、綠地面、居民地、水系、道路面、道路中心線在內(nèi)的多種二維數(shù)據(jù)；

所述shp數(shù)據(jù)文件的各類文件名須按照要求固定；

所述程序在運(yùn)行過程中能夠全自動(dòng)構(gòu)建場景；

所述道路面和道路中心線均屬于道路數(shù)據(jù)，用戶需要按要求分開。