CN111524230A - 一种三维模型与展开全景图联动浏览方法及计算机*** - Google Patents

一种三维模型与展开全景图联动浏览方法及计算机*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，包括建立两个图像视窗，一个为三维视窗VD，一个为全景图视窗VP；三维视窗VD中可以对若干三维模型进行漫游，如旋转、移动；全景图视窗VP可以对与三维模型有关联的若干张展开全景图进行浏览，如平移、缩放；通过建立三维模型空间坐标与展开全景图平面坐标的关联关系实现联动浏览。本发明通过虚拟网格对展开全景图的平面位置与三维模型的空间位置建立映射关系，能实现三维模型与展开全景图的联动浏览，从而解决三维模型表观细节看不清，展开全景图无空间位置感的问题。本发明还提供一种计算机***，其有益效果如上述所述。

Description

一种三维模型与展开全景图联动浏览方法及计算机***
技术领域
本发明涉及三维模型与全景图可视化领域，具体涉及一种三维模型与展开全景图联动浏览方法。本发明还提供一种计算机***。
背景技术
三维漫游技术可以直观展现物体的空间形状及位置关系，尤其三维实景模型对反映地形或结构物的几何形态具有极佳的体验。但受限于计算机性能，目前三维模型无法进行超大的纹理贴图，因而三维漫游时无法展现十分精细的表面信息。如结构物外观检查需要图像达到的分辨率为亚毫米级，这类细节目前无法在三维模型进行贴图展示。展开全景图拼接技术，可以根据结构物外形对照片进行正射投影，实现多视点图像的矫正拼接，得到完整的高清展开图，并实现结构物表面缺陷长度、宽度、面积等信息的提取。但高清展开图浏览时无法直观反映图中对象的空间位置关系。为此，专利申请CN108665536A[三维与实景数据可视化方法、装置与计算机可读存储介质]通过采集目标区域的倾斜三维影像数据、实景影像数据以及点云数据，并通过坐标变换图像融合等手段实现倾斜三维环境与实景影像的融合,增加了视觉参考信息的多样性。专利申请CN110458871A[模型与全景图的配准方法、***、设备和介质以及地图]提出对三维模型进行虚拟全景化与实景全景图进行配准的方法，为使用全景图制作三维模型的高清纹理提供了一种方法。但上述技术主要解决实景纹理的构建问题，可增加纹理的真实性，但仍不能解决三维模型无法进行超精细纹理贴图的难题。此外，上述技术均使用了球面全景图，球面全景图存在较大畸变，不利于展现结构物表观细节。因此无法满足在三维漫游时查看精细化的表面信息的需求。
为此，本发明通过对展开全景图的平面位置与三维模型的空间位置建立映射关系，实现三维模型与展开全景图的联动浏览，从而解决三维模型表观细节看不清，展开全景图无空间位置感的问题。
发明内容
本发明提供一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，包括建立两个图像视窗，一个为三维视窗VD，一个为全景图视窗VP，三维视窗VD中可以对若干三维虚拟模型或者三维实景模型进行漫游，如旋转、移动，全景图视窗VP可以对与三维模型有关联的若干张展开全景图进行浏览，如平移、缩放；
在三维视窗VD对三维模型进行漫游时，若视窗中显示的三维模型表面具有展开全景图信息，则通过三维模型与展开全景图的关联关系计算出三维视窗VD中光标点VD(x,y)对应的全景图坐标I(u,v)，此时，可将全景图视窗VP的显示中心位置设置为I(u,v)，或将全景图视窗VP中的光标设置为I(u,v)，从而实现三维模型到展开全景图的联动浏览；
在全景图视窗VP中浏览时，根据全景图视窗VP中光标点VP(x,y)，通过展开全景图与三维模型的关联关系计算出其在三维空间中的坐标点S(x,y,z)，此时，可将三维空间中的光标调整至空间点S(x,y,z)，或将三维视线指向空间点S(x,y,z)，从而实现展开全景图到三维模型的联动浏览；
上述浏览方法可在同一个场景中放置多个三维模型Mi(i∈[1,n])，每个三维模型可包含若干个带有展开全景图信息的表面Pi-j(i∈[1,n],j∈[1,mi])，n表示场景中包含的模型数量，mi表示第i个模型上包含全景图的表面数量；
为实现三维模型与展开全景图的联动浏览，其关联关系通过下述步骤建立：
步骤一：构建一个可由经纬线坐标描述的虚拟网格，并分别建立经纬坐标与三维模型空间坐标以及经纬坐标与展开全景图平面坐标的转换关系；
具体为在三维模型表面具有展开全景图的位置，构建虚拟网格Wi-j(i∈[1,n],j∈[1,mi])，每一个虚拟网格Wi-j对应一张展开图Pi-j，虚拟网格由经线和纬线构成，设经纬线坐标为(ξ,η)，对应虚拟网格Wi-j上的坐标点为(x,y,z)，可建立映射关系：
Figure BDA0002434915050000021
Figure BDA0002434915050000031
同时，在全景展开图Pi-j上的像素点坐标(u,v)与虚拟网格经纬线坐标(ξ,η)的关联关系：
Figure BDA0002434915050000032
Figure BDA0002434915050000033
步骤二：通过虚拟网格，建立三维视窗VD屏幕光标坐标VD(x,y)至展开全景图平面坐标I(u,v)的转换关系；
具体为在进行三维漫游时，通过屏幕光标坐标VD(xd,yd)可建立一条检测射线R，使用R对三维视图中的虚拟网格进行交点检测，得到一个距离漫游视点最近的虚拟网格模型Wi-j(i∈[1,n]，j∈[1,mi])及模型与R射线的交点坐标C(xc,yc,zc)，
通过式(10)可计算出C(xc,yc,zc)对应的经纬线坐标：
Figure BDA0002434915050000034
进而可通过式(12)，计算出C(xc,yc,zc)对应的全景图坐标Ic(uc,vc)：
Figure BDA0002434915050000035
步骤三：通过虚拟网格，建立全景图视窗VP屏幕光标坐标VP(x,y)至三维模型空间坐标S(x,y,z)的转换关系；
具体为在进行全景图浏览时，通过屏幕光标坐标VP(xp,yp)及当前全景图浏览窗口的偏移量(xoffset,yoffset)和缩放比例s，可以计算出对应全景图编号i及光标点对应的全景图坐标Pi-j(up,vp)：
Figure BDA0002434915050000041
通过式(13)可计算出全景图坐标Pi-j(up,vp)对应的经纬线坐标：
Figure BDA0002434915050000042
进而可通过式(11)计算出全景图坐标Pi-j(up,vp)对应的三维模型空间坐标Sp(xp,yp,zp)：
Figure BDA0002434915050000043
与现有技术相比，本发明具有如下有益效益：
本发明提供一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，通过构建三维模型与展开全景图的关联关系，可以实现三维漫游与展开全景图的联动浏览，在三维漫游时，可以让用户在展开全景图窗口中看到三维视图中模型的表观细节，在浏览展开全景图时，可以让用户在三维视图中看到当前展开图兴趣点的空间位置，从而解决可视化展现时三维模型表观细节看不清，展开全景图无空间位置感的问题。
本发明还提供一种计算机***，其有益效果如上述所述。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2为本发明实施例某高速公路左右边坡三维实景与坡面展开全景图联动浏览效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
对某高速公路DK66+100～300桩号范围进行了无人机航拍用于边坡检测，使用多视几何方法对航拍照片进行三维重建，构建出该路段的三维实景模型M1，利用坡面信息构建两个展开平面对DK66+35～130左侧边坡和DK66+100～300右侧边坡的照片进行投影矫正拼接，得到两个坡面的展开全景图P1-1和P1-2。参照图1所示的原理图，将三维实景模型M1放入三维视窗VD进行显示，将展开全景图P1-1、P1-2放入全景图视窗VP进行显示，如图2。
将制作两个坡面展开图的展开平面作为虚拟网格W1-1、W1-2，建立三维实景模型M1和展开图P1-1、P1-2之间的关系：
表1
Figure BDA0002434915050000051
若用户在三维视窗VD中将光标移至模型上的S1点时，则通过表1建立的映射关系，可通过S1点的坐标(x1,y1,z1)计算得到全景图中对应G1点的坐标(u1,v1)：
Figure BDA0002434915050000052
若用户在全景图视窗VP中将光标移至展开图P1-2上的G2点时，则通过表1建立的映射关系，可通过G2点的坐标(u2,v2)计算得到模型M1上对应点S2的坐标(x2,y2,z2)：
Figure BDA0002434915050000053
至此，该段三维实景与展开全景图可建立联动浏览关系，技术人员在内业处理时可在三维视窗VD中浏览三维实景模型，同步在全景图视窗VP中检视边坡表面细节；或是在全景图视窗VP中浏览全景图，同步在三维视窗VD中查看相应的空间位置。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，其特征在于，包括建立两个图像视窗，一个为三维视窗VD，一个为全景图视窗VP，所述三维视窗VD中可以对若干三维模型行漫游，所述全景图视窗VP可以对与三维模型有关联的若干张展开全景图进行浏览；
在三维视窗VD对三维模型进行漫游时，若视窗中显示的三维模型表面具有展开全景图信息，则通过三维模型与展开全景图的关联关系计算出三维视窗VD中光标点VD(x,y)对应的全景图坐标I(u,v)，此时，可将全景图视窗VP的显示中心位置设置为I(u,v)，或将全景图视窗VP中的光标设置为I(u,v)，从而实现三维模型到展开全景图的联动浏览；
在全景图视窗VP中浏览时，根据全景图视窗VP中光标点VP(x,y)，通过展开全景图与三维模型的关联关系计算出其在三维空间中的坐标点S(x,y,z)，此时，可将三维空间中的光标调整至空间点S(x,y,z)，或将三维视线指向空间点S(x,y,z)，从而实现展开全景图到三维模型的联动浏览。
2.根据权利要求1所述的一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，其特征在于，所述关联关系的建立步骤包括：
步骤一：构建一个可由经纬线坐标描述的虚拟网格，并分别建立经纬坐标与三维模型空间坐标以及经纬坐标与展开全景图平面坐标的转换关系；
步骤二：通过虚拟网格，建立三维视窗VD屏幕光标坐标VD(x,y)至展开全景图平面坐标I(u,v)的转换关系；
步骤三：通过虚拟网格，建立全景图视窗VP屏幕光标坐标VP(x,y)至三维模型空间坐标S(x,y,z)的转换关系。
3.根据权利要求2所述的一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，其特征在于，步骤一包括，在三维模型表面具有展开全景图的位置，构建虚拟网格Wi-j(i∈[1,n],j∈[1,mi])，每一个虚拟网格Wi-j对应一张展开图Pi-j，虚拟网格由经线和纬线构成，设经纬线坐标为(ξ,η)，对应虚拟网格Wi-j上的坐标点为(x,y,z)，可建立映射关系：
Figure FDA0002434915040000021
Figure FDA0002434915040000022
同时，在全景展开图Pi-j上的像素点坐标(u,v)与虚拟网格经纬线坐标(ξ,η)的关联关系：
Figure FDA0002434915040000023
Figure FDA0002434915040000024
4.根据权利要求2所述的一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，其特征在于，步骤二包括，在进行三维漫游时，通过屏幕光标坐标VD(xd,yd)可建立一条检测射线R，使用R对三维视图中的虚拟网格进行交点检测，得到一个距离漫游视点最近的虚拟网格模型Wi-j(i∈[1,n]，j∈[1,mi])及模型与R射线的交点坐标C(xc,yc,zc)；
通过式(1)可计算出C(xc,yc,zc)对应的经纬线坐标：
Figure FDA0002434915040000025
进而可通过式(3)，计算出C(xc,yc,zc)对应的全景图坐标Ic(uc,vc)：
Figure FDA0002434915040000026
5.根据权利要求2所述的一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，其特征在于，步骤三包括，在进行全景图浏览时，通过屏幕光标坐标VP(xp,yp)及当前全景图浏览窗口的偏移量(xoffset,yoffset)和缩放比例s，可以计算出对应全景图编号i及光标点对应的全景图坐标Pi-j(up,vp)：
Figure FDA0002434915040000031
通过式(4)可计算出全景图坐标Pi-j(up,vp)对应的经纬线坐标：
Figure FDA0002434915040000032
进而可通过式(2)计算出全景图坐标Pi-j(up,vp)对应的三维模型空间坐标Sp(xp,yp,zp)：
Figure FDA0002434915040000033
6.根据权利要求1所述的一种三维模型与展开全景图联动浏览方法，其特征在于：可在同一个三维场景中放置多个三维模型Mi(i∈[1,n])，每个三维模型可包含若干个带有展开全景图信息的表面Pi-j(i∈[1,n],j∈[1,mi])，n表示场景中包含的模型数量，mi表示第i个模型上包含全景图的表面数量。
7.一种计算机***，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一项所述的联动浏览方法。
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