[發(fā)明專利]基于壓平多邊形的三維場景局部區(qū)域動態(tài)壓平方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110200278.3
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN112927352A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫瑞;張宇航;祝煒;胡斌
• 申請（專利權(quán)）人: 南京師范大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于壓平多邊形的三維場景局部區(qū)域動態(tài)壓平方法及裝置，在用戶坐標系中定義壓平多邊形確定壓平區(qū)；根據(jù)壓平多邊形創(chuàng)建壓平相機，設(shè)置觀察矩陣、投影矩陣及視口矩陣；使用壓平相機生成壓平多邊形深度圖；將壓平相機的觀察矩陣、投影矩陣以及壓平多邊形深度圖傳入GPU可編程流水線；在GPU的頂點著色器中，判斷壓平多邊形與頂點的包含關(guān)系，將位于壓平多邊形里面且高于壓平多邊形的頂點進行移位壓平。本發(fā)明對壓平區(qū)的限制性較低，不局限于水平面，可以為任意斜面，并且可以根據(jù)用戶需要，采用不精確共面的空間多邊形來定義壓平區(qū)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間信息領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓平多邊形的三維場景局部區(qū)域動態(tài)壓平方法及裝置。

背景技術(shù)

三維模型是三維可視化的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其精確性與三維場景的可視化效果密切相關(guān)，精細模型能提高三維可視化的質(zhì)量，而低質(zhì)量模型的存在則有礙觀感甚至影響應用效果。精細模型一般采用人工建模或lidar建模，但由于生產(chǎn)成本較高，一般只針對重點目標采用精細建模方法。傾斜攝影是全要素三維建模方法，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)速度快，可以實現(xiàn)大場景包含幾何結(jié)構(gòu)和紋理的批量三維重建，但是受目前技術(shù)的限制，對樹木、電桿等細小零散目標的建模效果差，容易導致大量低質(zhì)量模型的產(chǎn)生。

可以采用專業(yè)修模軟件移除低質(zhì)量模型，以改善可視化的效果。移除操作本質(zhì)上是對原有模型的二次建模，需要重新采集數(shù)據(jù)(如紋理圖像)才能實現(xiàn)對移除區(qū)域的三維重建。目前一些修模軟件如MeshMixer，wish3D等則提供了模型的局部壓平功能，無需重新采集數(shù)據(jù)，直接將低質(zhì)量模型(如樹木)壓平到地面，間接實現(xiàn)移除低質(zhì)量模型的要求。但該方法存在以下問題：(1)壓平需要專業(yè)用戶操作，也需要專業(yè)的修模軟件支持，除了增加額外的工作量，對于普通用戶來說基本不可行。(2)修模軟件壓平本質(zhì)上是對三維模型的物理破壞，將反映模型質(zhì)量高低的“1-N”問題變成體現(xiàn)模型有無的“0-1”問題，導致虛擬場景和實際場景新的不一致，由于其操作不可逆，在部分應用中是不可接受的。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種基于壓平多邊形的三維場景局部區(qū)域動態(tài)壓平方法及裝置，對壓平區(qū)的限制性較低，不局限于水平面，可以為任意斜面，且具有較強的交互性，可便捷的查看實際壓平效果并進行動態(tài)調(diào)整。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出一種基于壓平多邊形的三維場景局部區(qū)域動態(tài)壓平方法，具體包括以下步驟：

(1)在用戶坐標系中定義壓平多邊形確定壓平區(qū)：根據(jù)待壓平目標定義壓平多邊形，使壓平多邊形緊密貼合待壓平目標的壓平區(qū)；

(2)根據(jù)壓平多邊形創(chuàng)建壓平相機，設(shè)置觀察矩陣、投影矩陣及視口矩陣；

(3)使用壓平相機生成壓平多邊形深度圖；

(4)將壓平相機的觀察矩陣、投影矩陣以及壓平多邊形深度圖傳入GPU可編程流水線；

(5)在GPU的頂點著色器中，判斷壓平多邊形與頂點的包含關(guān)系，將位于壓平多邊形里面且高于壓平多邊形的頂點進行移位壓平。

進一步地，所述步驟(2)包括以下步驟：

(21)計算壓平多邊形包圍盒：所述的壓平多邊形包圍盒是包含壓平多邊形所有頂點的最小軸對齊立方體，其中上底面Z值bTop等于所有頂點Z值的最大值,下底面Z值bBottom等于所有頂點Z值的最小值，修正bTop＝max(bTop,bBottom+f)，其中f為任意大于0的值；

(22)設(shè)置壓平相機觀察矩陣：通過壓平多邊形包圍盒的上下底面中心確定直線L，選擇L上任一高于包圍盒的空間點，作為觀察坐標系原點O，定義觀察坐標系的X、Y和Z軸分別與用戶坐標系的X、Y和Z軸方向一致，建立觀察坐標系，根據(jù)觀察坐標系設(shè)置壓平相機觀察矩陣；

(23)設(shè)置壓平相機投影矩陣：將壓平多邊形包圍盒設(shè)置為壓平相機的觀察空間，然后根據(jù)正交投影類型和壓平相機的觀察空間設(shè)置壓平相機的投影矩陣；