CN109493419B - 一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法及装置 - Google Patents

一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明适用于地理信息技术领域，提供一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法及装置，所述方法包括：根据RGB三原色的颜色范围及地球表面高度范围，建立RGB值与高度值的对应关系得到对应表；接收输入的倾斜摄影数据，根据所述对应表计算所述倾斜摄影数据中顶点的高程值对应的RGB值，将顶点纹理坐标指向的纹理图像中像素值改为计算得到的RGB值，实现纹理重新赋值；利用显卡以正投影方式对纹理重新赋值后的倾斜摄影数据进行绘制得到一张与高度对应的色彩分布图；进行RGB值反算，得到DSM数字表面模型图。本方法可以直接通过倾斜摄影数据计算得到数字表面模型，是一种方便快捷的方法。

Description

一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法及装置
技术领域
本发明属于地理信息技术领域，尤其涉及一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法及装置。
背景技术
倾斜摄影测量数据是城市三维建模的重要数据，倾斜摄影数据获取表面建模的过程中，输出的三维模型是连续的三角网，在一些分析应用中，如模拟飞行，需要快速规划路线，如果使用数字高程模型(Digital Elevation Model，缩写DEM)的数据不够准确，并且使用数字高程模型逐个分析计算量较为复杂。
数字表面模型(Digital Surface Model，缩写DSM)是包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型，在一些对建筑物高度有需求的领域，有很大的作用，因此获取DSM具有很重要的应用意义。
现有的DSM计算多根据点云数据，经过格式转换，点云滤波，点云分类以及不规则三角网插值等处理，得到精细的三维地形表面模型。此种方法的数据源是点云数据，在没有点云数据的时候需要考虑其他的数据，同时主要利用CPU进行计算，一般的计算机为4核或8核，并行计算能力差，效率较低。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法及装置，旨在解决现有获取数字表面模型的方法较为复杂，效率较低等技术问题。
本发明采用如下技术方案：
所述倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法包括如下步骤：
步骤S1：根据RGB三原色的颜色范围及地球表面高度范围，建立RGB值与高度值的对应关系得到对应表；
步骤S2：接收输入的倾斜摄影数据，根据所述对应表计算所述倾斜摄影数据中顶点的高程值对应的RGB值，将顶点纹理坐标指向的纹理图像中像素值改为计算得到的RGB值，实现纹理重新赋值，此时顶点的纹理不再是代表真实地物色彩的像素值，而是与高度一一对应的RGB值；
步骤S3：利用显卡以正投影方式对纹理重新赋值后的倾斜摄影数据进行绘制得到一张与高度对应的色彩分布图；
步骤S4：根据所述色彩分布图以及得到的所述对应表进行RGB值反算，得到DSM数字表面模型图。
进一步的，步骤S1中RGB三原色的标准RGB值范围与地球表面高度范围对应的最大精度达到厘米级，得到的对应表中，由一个顶点的RGB值对应一个特定的高度值，由一个顶点的RGB值可以计算出该顶点的高度值，也可由顶点的高度值计算出对应的RGB值。
进一步的，步骤S2中，倾斜摄影数据包含有顶点坐标数组、顶点纹理坐标数组以及纹理图像，其中顶点坐标数组记录每个顶点的三维坐标值，顶点纹理坐标数组记录每个顶点的纹理在纹理图像中对应的坐标，纹理图像是栅格图像，可根据像素点坐标获得该像素点的属性信息。
进一步的，步骤S3中正投影是指平行投射线垂直于投影面，正投影方式下，相同地理位置，高度不同的地表物体，显示高度更高的物体的高度。
所述倾斜摄影数据获取数字表面模型装置，包括如下单元：
表格制作单元：用于根据RGB三原色的颜色范围及地球表面高度范围，建立RGB值与高度值的对应关系得到对应表；
纹理重新赋值单元：用于接收输入的倾斜摄影数据，根据所述对应表计算所述倾斜摄影数据中顶点的高程值对应的RGB值，将顶点纹理坐标指向的纹理图像中像素值改为计算得到的RGB值，实现纹理重新赋值，此时顶点的纹理不再是代表真实地物色彩的像素值，而是与高度一一对应的RGB值；
显卡绘制单元：用于利用显卡以正投影方式对纹理重新赋值后的倾斜摄影数据进行绘制得到一张与高度对应的色彩分布图；
DSM图绘制单元：用于根据所述色彩分布图以及得到的所述对应表进行RGB值反算，得到DSM数字表面模型图。
本发明的有益效果是：本发明通过倾斜摄影数据直接获取地理区域数据的数字表面模型，所需数据源的获取简单方便；本方法利用RGB值对应倾斜摄影数据中顶点高度进行赋值，给每一种高度赋予不同的RGB值，使相互之间能够区分，简洁清晰；并且，通过显卡的绘制功能，以正投影的方式绘制倾斜摄影数据模型的色彩分布图，在色彩分布图中，不同的色彩对应不同高度值，简单直观且执行效率高。
附图说明
图1是本发明提供的倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法流程图；
图2是本发明提供的倾斜摄影数据模型转换示意图；
图3是本发明提供的倾斜摄影数据获取数字表面模型装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
图1示出了本发明实施例提供的倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法流程图，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法可以适用只有倾斜摄影数据的情况下，合理利用进而获取较为准确的DSM数据。
所述倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法包括如下步骤：
步骤S1：根据RGB三原色的颜色范围及地球表面高度范围，建立RGB值与高度值的对应关系得到对应表。
利用RGB值对应地球表面高度，相当于以每个RGB值给予高度一个对应且不重复的ID号，使不同高度值之间能够区分，简洁清晰。
本步骤中RGB每个色彩的色彩范围为0到255，RGB值合起来可表达的数值为224等于16777216，比如地球上的最高点珠穆朗玛峰为8848米，最低点马里亚纳海沟-10000米，高程范围约20000米，其中20000/16777216＝0.0012米，三原色的标准RGB值范围与地球表面高度范围对应的最大精度达到厘米级，在当前的应用中完全足够；建立标准RGB值对应-10000至8000的对应关系，得到的对应表中，由一个顶点的RGB值对应一个特定的高度值，由一个顶点的RGB值可以计算出该顶点的高度值，也可由顶点的高度值计算出对应的RGB值。
步骤S2：接收输入的倾斜摄影数据，根据所述对应表将所述倾斜摄影数据中顶点的高程值计算顶点对应的RGB值，将顶点纹理坐标指向的纹理图像中像素值改为计算得到的RGB值，实现纹理重新赋值，此时顶点的纹理不再是代表真实地物色彩的像素值，而是与高度一一对应的RGB值。
本步骤中，倾斜摄影数据包含有顶点坐标数组(x，y，z)、顶点纹理坐标数组(u，v)以及纹理图像，其中顶点坐标数组记录每个顶点的三维坐标值，顶点纹理坐标数组记录每个顶点的纹理在纹理图像中对应的坐标，纹理图像是栅格图像，可根据像素点坐标获得该像素点的属性信息，顶点纹理坐标数组中的(u，v)即栅格图像中的(x，y)。
在本发明中，计算倾斜摄影数据模型高度的工作属于批量重复性计算，CPU擅长逻辑计算，GPU擅长大规模批量计算，计算地表高度时，利用GPU的Z-Buffer能力做高度运算，非常高效；Z Buffer(Z缓存)，是在为物件进行着色时，执行“隐藏面消除”工作的一项技术，所以隐藏物件背后的部分就不会被显示出来,在3D环境中每个像素中会利用一组数据资料来定义像素在显示时的纵深度(即Z轴坐标值),GPU计算后生成的色彩图能准确的表现每个区域的高度最高值。
步骤S3：利用显卡以正投影方式对纹理重新赋值后的倾斜摄影数据进行绘制得到一张与高度对应的色彩分布图。
如图2所示，本步骤中正投影是指平行投射线垂直于投影面，正投影方式下，相同地理位置，高度不同的地表物体，显示高度更高的物体的高度，比如房子和树，如果树高过房子且遮住屋顶，则正投影图中该地理位置的高度定位树的高度，本方法充分利用显卡的图形计算能力，方法新颖、效率较高。在本发明实施例中，高度值越高，对应的RGB值颜色越深，利用RGB值表示高度，易于区分，简便而且直观。
步骤S4：根据所述色彩分布图以及得到的所述对应表进行RGB值反算，得到DSM数字表面模型图。
如图2所示，步骤S3得到的一块色彩分布图，在本步骤中，每一个RGB值代表一个高度值，通过步骤S1得到的对应表进行反算，设定标准的采样间隔，通过RGB值得到对应点的高度值，结果得到一张DSM数字表面模型图。
本方法可以直接通过倾斜摄影数据计算得到数字表面模型，是一种方便快捷的方法，不需要额外去购买获取点云数据，且不需要经过复杂的DSM生产流程。同时，随着GPU的计算能力越来越高，可以并行处理大数据量的计算，合理利用GPU来做一些运算，是一种新趋势。将运算流程中可以转化成图形计算的部分转换成图形计算，给GPU计算，可以大大减轻GPU的计算工作量，提高整体效率。
实施例二：
图3示出了本发明实施例提供的倾斜摄影数据获取数字表面模型装置结构示意图，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
所述倾斜摄影数据获取数字表面模型装置，包括如下单元：
表格制作单元：用于根据RGB三原色的颜色范围及地球表面高度范围，建立RGB值与高度值的对应关系得到对应表；
纹理重新赋值单元：用于接收输入的倾斜摄影数据，根据所述对应表计算所述倾斜摄影数据中顶点的高程值对应的RGB值，将顶点纹理坐标指向的纹理图像中像素值改为计算得到的RGB值，实现纹理重新赋值，此时顶点的纹理不再是代表真实地物色彩的像素值，而是与高度一一对应的RGB值；
显卡绘制单元：用于利用显卡以正投影方式对纹理重新赋值后的倾斜摄影数据进行绘制得到一张与高度对应的色彩分布图；
DSM图绘制单元：用于根据所述色彩分布图以及得到的所述对应表进行RGB值反算，得到DSM数字表面模型图。
本实施例提供的各个功能单元对应实现了实施例一中的步骤S1-S4，具体实现过程这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：根据RGB三原色的颜色范围及地球表面高度范围，建立RGB值与高度值的对应关系得到对应表；
步骤S2：接收输入的倾斜摄影数据，根据所述对应表计算所述倾斜摄影数据中顶点的高程值对应的RGB值，将顶点纹理坐标指向的纹理图像中像素值改为计算得到的RGB值，实现纹理重新赋值，此时顶点的纹理不再是代表真实地物色彩的像素值，而是与高度一一对应的RGB值；
步骤S3：利用显卡以正投影方式对纹理重新赋值后的倾斜摄影数据进行绘制得到一张与高度对应的色彩分布图；
步骤S4：根据所述色彩分布图以及得到的所述对应表进行RGB值反算，得到DSM数字表面模型图。
2.如权利要求1所述倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法，其特征在于，步骤S1中RGB三原色的标准RGB值范围与地球表面高度范围对应的最大精度达到厘米级，得到的对应表中，由一个顶点的RGB值对应一个特定的高度值，由一个顶点的RGB值可以计算出该顶点的高度值，也可由顶点的高度值计算出对应的RGB值。
3.如权利要求2所述倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法，其特征在于，步骤S2中，倾斜摄影数据包含有顶点坐标数组、顶点纹理坐标数组以及纹理图像，其中顶点坐标数组记录每个顶点的三维坐标值，顶点纹理坐标数组记录每个顶点的纹理在纹理图像中对应的坐标，纹理图像是栅格图像，可根据像素点坐标获得该像素点的属性信息。
4.如权利要求3所述倾斜摄影数据获取数字表面模型的方法，其特征在于，步骤S3中正投影是指平行投射线垂直于投影面，正投影方式下，相同地理位置，高度不同的地表物体，显示高度更高的物体的高度。
5.一种倾斜摄影数据获取数字表面模型装置，其特征在于，所述装置包括如下单元：
表格制作单元：用于根据RGB三原色的颜色范围及地球表面高度范围，建立RGB值与高度值的对应关系得到对应表；
纹理重新赋值单元：用于接收输入的倾斜摄影数据，根据所述对应表将所述倾斜摄影数据中顶点的高程值计算顶点对应的RGB值，将顶点纹理坐标指向的纹理图像中像素值改为计算得到的RGB值，实现纹理重新赋值，此时顶点的纹理不再是代表真实地物色彩的像素值，而是与高度一一对应的RGB值；
显卡绘制单元：用于利用显卡以正投影方式对纹理重新赋值后的倾斜摄影数据进行绘制得到一张与高度对应的色彩分布图；
DSM图绘制单元：用于根据所述色彩分布图以及得到的所述对应表进行RGB值反算，得到DSM数字表面模型图。
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