[發明專利]一種溶洞水上水下一體化三維模型重建方法

有效

• 申請號: 202011103861.4
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112270750B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 夏永華;楊明龍;槐以高;楊向英;吳學群;呂杰;朱琪;查陸九;黃德
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T7/62;G06T7/33;G06F17/11
• 代理公司: 昆明合盛知識產權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 龍燕

本發明公開了一種溶洞水上水下一體化三維模型重建方法，屬于電子信息學科學技術領域。本發明所述方法具體為：將儀器安置到機動船上，到合適位置上將船固定后開始掃描測量，前后兩站掃描范圍有一定重疊，通過重疊部分進行兩站數據配準，整體配準后進行數據檢驗，檢驗合格后進行三維建模，利用模型上的洞內特征點連線確定水下地形點平面位置，用測深儀在斷面點上測量水深，水面高程減去水深得到水下點高程，獲取水下點三維坐標后建立水下三維模型，再利用水邊線作為共同邊界將水上水下的模型融合為一個整體。本發明解決了常規方法無法進行水下三維坐標點的采集，且數據精度能夠滿足工程設計施工要求。

技術領域

本發明涉及一種溶洞水上水下一體化三維模型重建方法，屬于電子信息學科學領域。

背景技術

截止目前，有記錄的國內旅游洞穴景區(點)達708個；傳統的溶洞旅游存在同質化嚴重，個性缺失的特點，主要是通過LED燈渲染溶洞中的景觀，手法單調、無設計感、無文化融入，對游客的吸引力下降，因此迫切需要一種新的表現形式使溶洞旅游煥發新的光彩。如何結合新媒體技術的投影技術，把溶洞景觀作為投影的承載對象，將投影數字內容的藝術視覺特征融合到原生態的地質景觀中，或利用溶洞景觀和空間，采用全息3D技術將當地文化藝術展現出來，提升溶洞的旅游價值和審美體驗，對開發具有創意色彩的溶洞體驗模式具有十分重要的理論意義和實踐價值。

傳統的基礎空間數據如大比例尺地形圖及一定間距的溶洞剖面顯然無法表達洞穴的整體空間狀況及鐘乳石等重要細節，難以滿足這種全新的溶洞旅游開發模式，最基礎的工作就是要對溶洞進行三維探測，進而重建滿足各個學科專業需要的溶洞三維模型。國內外學者對三維激光掃描技術應用于大型溶洞的三維建模測繪進行了相關研究，針對的都是掃描設備可以安置在地面的溶洞，溶洞底面為全水面覆蓋的掃描測量方法及水上水下一體化三維重建尚未涉及。

發明內容

本發明要解決的技術問題是溶洞內地面被水流全覆蓋而無法布設控制點、無法在地面安置儀器設備的條件下如何進行掃描測量獲取溶洞內部點云數據。

本發明的目的在于提供一種溶洞水上水下一體化三維模型重建方法，具體包括以下步驟：

(1)兩端洞口外地面分別設置3個以上標靶，并在附近測量控制點上安置全站儀精確測量標靶點的在當地坐標系下的三維坐標(X,Y,H)。

(2)在洞口外地面安置三維激光掃描儀，使三維激光掃描儀同時能掃描到洞外設置的標靶點及部分溶洞內部。

(3)駕駛機動船進入溶洞內部選擇合適位置靠邊，將船固定，在船上安置三維激光掃描儀進行掃描測量，保證前后兩站掃描范圍的重疊度不低于30％。

(4)全部掃描完成后，利用專業軟件Maptek I-Site Studio 6，以第一站掃描的獨立坐標系下的三維點云數據為基準，將第二站數據配準到第一站上，第三站數據配準到第一、第二站配準好的整體數據上，以此類推，直至全部數據配準成為一個整體(即整體點云數據)，在整體點云數據上找到洞外布設的標靶點，根據點云擬合出標靶點的中心坐標(X′,Y′,H′)。

(5)在平面精度、高程精度滿足相應規范要求的前提下，將在獨立坐標系下配準好的整體點云數據轉換到當地坐標系下。

(6)利用利用專業軟件Maptek I-Site Studio 6復雜表面建模功能進行三維建模。

(7)分段導出溶洞點云及模型，現場對照特征點，垂直河流間距5米以內拉斷面線，利用測深儀沿斷面線按1-2米間距測水深，現場做好記錄。

(8)在Maptek I-Site Studio 6軟件里將野外記錄的斷面線及實測點位展到三維模型上，提取斷面上點的平面坐標(X,Y)，點位的水面高程減去水深得到水下點高程H，獲取水下點的三維坐標(X,Y,H)。