CN113487736A - 一种水下地形点云数据转换为obj三维模型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水下点云数据处理及三维建模技术领域，具体是一种水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法。本发明的方法，首先获取由水下地形测量***得到的原始水下地形点云数据集Ds，然后将其转换为具有真实地理坐标的地形点云数据，再构建规则格网DEM模型，最后将规则格网DEM模型转换为OBJ三维模型并保存，实现了水下地形点云数据到OBJ三维模型的转换。本发明的方法设计合理，具有自动化程度高、效率高、准确性好、成本低等特点。

Description

一种水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法
技术领域
本发明属于水下点云数据处理及三维建模技术领域，具体是一种水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法。
背景技术
在水下地形点云数据处理中，通常只需要得到水下地形的DEM模型(栅格模型或者等高线模型)成果。再结合岸上地形测量结果，综合得到一副完整的地形图产品。从产品形式来讲，地形图仍然只是二维产品。
随着无人机倾斜摄影测量技术的快速发展，倾斜实景三维模型逐渐成为三维产品提交的主要形式之一，人们对三维产品的需求也变得越来越大。因此，水下地形测量的成果也有必要形成三维产品。
OBJ格式的三维模型主要包含顶点坐标信息、纹理坐标信息、法向量信息、面索引信息等，文件结构简单，使用非常广泛。因此，本发明采用OBJ格式作为三维模型的成果格式。
发明内容
本发明的目的是解决目前水下地形测量产品提交存在的不足的问题，提出一种水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法。
一种水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，包括以下步骤：
步骤1，获取由水下地形测量***得到的原始水下地形点云数据集Ds；
步骤2，通过数据预处理(归位计算、坐标转换等)，得到具有真实地理坐标的地形点云数据；具体步骤为：
(1)遍历点云数据集Ds中各点，利用相关参数数据(声速剖面数据、姿态参数等)进行归位计算，得到船体坐标系下的各点坐标数据；
(2)利用导航定位数据以及船体坐标系与地理坐标系间的转换关系进行坐标转换，从而得到具有真实地理坐标的地形点云数据集Dr。
(3)重复过程(1)和(2)，直到所有点都计算完毕。
步骤3，构建规则格网DEM模型；具体步骤为：
(1)设定DEM格网尺寸d和格网范围(MinX，MinY，MaxX，MaxY)，创建一个规则格网；
(2)遍历规则格网的各个结点；
(3)从点云数据集Dr中搜索出以当前结点为圆心，半径为d/2范围内的点云数据集Dc，如果Dc中只包含一个点数据，则将该点高程赋给当前结点；如果Dc中数据点大于1，则将Dc内所有数据点高程的平均值赋给当前结点；如果Dc为空，则将当前结点标记为无效结点；
(4)重复过程(2)～(3)，直到所有格网结点遍历完毕。
步骤4，将规则格网DEM模型转换为OBJ三维模型并保存。具体步骤为：
(1)将规则格网DEM的每个格网以一条对角线进行剖分；
(2)遍历格网结点，提取出所有的有效结点，作为OBJ三维模型的顶点数据集V{V|vi(xi,yi,zi)∈V}；
(3)遍历所有的三角形，找出三角形的三个顶点在数据集V中的索引(从1开始)，构建面索引数据集F{F|fi(vi,vj,vk)∈F且vi∈V，vj∈V，vk∈V}；
本发明所述步骤3中当前结点坐标的计算公式如下，设当前结点为X轴方向上第i个结点，Y轴方向上第j个结点，
Figure BDA0003159225760000031
式中，d为格网尺寸。
(4)按照OBJ三维模型文件的格式保存顶点数据集V和面索引数据集F。
本发明所述步骤4中对格网进行剖分时，如果当前格网的四个格网点都是有效结点，则任取一条对角线进行剖分；如果当前格网中有一个无效结点，则只需将剩余的三个有效结点构成三角形即可；如果当前格网中存在两个及以上的无效结点，则当前格网不需要进行三角剖分。
本发明有益效果为，本发明设计合理，具有自动化程度高、效率高、准确性好、成本低等特点。具体体现为：
1、本发明利用OBJ格式三维模型作为水下地形测量成果的三维成果，文件结构简单、使用广泛，便于推广运用。
2、本发明利用水下地形数据构建规则格网DEM，在降低数据总量的同时能够一定程度上保证水下地形的完整性和真实性，而且规则格网DEM也便于建立三角形顶点索引。
3、本发明实现了从水下地形点云数据到OBJ三维模型的转换，使得水下地形测量数据可以形成三维产品成果，结合岸上的三维模型成果，可以形成水上水下一体化三维产品。
4、本发明自动化程度高，转换过程基本无需人工干预，可以直接得到转换结果。
附图说明
图1是本发明的总体处理流程图；
图2是步骤2的处理流程图；
图3是步骤3的处理流程图；
图4是步骤4的处理流程图；
图5是某一段水下测量数据构建的DEM模型示意图；
图6是转换得到的OBJ格式三维模型的示意图；
图7是转换得到的OBJ文件示例。
具体实施方式
实施例1：一种水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，包括以下步骤：
步骤1，获取由水下地形测量***得到的原始水下地形点云数据集Ds；
步骤2，通过数据预处理(归位计算、坐标转换等)，得到具有真实地理坐标的地形点云数据；具体步骤为：
(1)遍历点云数据集Ds中各点，利用相关参数数据(声速剖面数据、姿态参数等)进行归位计算，得到船体坐标系下的各点坐标数据；
(2)利用导航定位数据以及船体坐标系与地理坐标系间的转换关系进行坐标转换，从而得到具有真实地理坐标的地形点云数据集Dr。
(3)重复过程(1)和(2)，直到所有点都计算完毕。
步骤3，构建规则格网DEM模型；具体步骤为：
(1)设定DEM格网尺寸d和格网范围(MinX，MinY，MaxX，MaxY)，创建一个规则格网；
(2)遍历规则格网的各个结点；
(3)从点云数据集Dr中搜索出以当前结点为圆心，半径为d/2范围内的点云数据集Dc，如果Dc中只包含一个点数据，则将该点高程赋给当前结点；如果Dc中数据点大于1，则将Dc内所有数据点高程的平均值赋给当前结点；如果Dc为空，则将当前结点标记为无效结点；
(4)重复过程(2)～(3)，直到所有格网结点遍历完毕。
如图5是某一段水下测量数据构建的DEM模型示意图。
步骤4，将规则格网DEM模型转换为OBJ三维模型并保存。具体步骤为：
(1)将规则格网DEM的每个格网以一条对角线进行剖分；
(2)遍历格网结点，提取出所有的有效结点，作为OBJ三维模型的顶点数据集V{V|vi(xi,yi,zi)∈V}；
(3)遍历所有的三角形，找出三角形的三个顶点在数据集V中的索引(从1开始)，构建面索引数据集F{F|fi(vi,vj,vk)∈F且vi∈V，vj∈V，vk∈V}；
本发明所述步骤3中当前结点坐标的计算公式如下，设当前结点为X轴方向上第i个结点，Y轴方向上第j个结点，
Figure BDA0003159225760000061
式中，d为格网尺寸。
(4)按照OBJ三维模型文件的格式保存顶点数据集V和面索引数据集F。
本发明所述步骤4中对格网进行剖分时，如果当前格网的四个格网点都是有效结点，则任取一条对角线进行剖分；如果当前格网中有一个无效结点，则只需将剩余的三个有效结点构成三角形即可；如果当前格网中存在两个及以上的无效结点，则当前格网不需要进行三角剖分。
图6是转换得到的OBJ格式三维模型的示意图。
图7是转换得到的OBJ文件示例。
以上所述的仅是本发明的部分具体实施例，方案中公知的具体内容或常识在此未作过多描述。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，获取由水下地形测量***得到的原始水下地形点云数据集Ds；
步骤2，通过数据预处理：归位计算、坐标转换，得到具有真实地理坐标的地形点云数据；
步骤3，构建规则格网DEM模型；
步骤4，将规则格网DEM模型转换为OBJ三维模型并保存。
2.根据权利要求1所述的水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，所述的步骤2，通过数据预处理：归位计算、坐标转换，得到具有真实地理坐标的地形点云数据，具体步骤为：
(1)遍历点云数据集Ds中各点，利用相关参数数据：声速剖面数据、姿态参数，进行归位计算，得到船体坐标系下的各点坐标数据；
(2)利用导航定位数据以及船体坐标系与地理坐标系间的转换关系进行坐标转换，从而得到具有真实地理坐标的地形点云数据集Dr；
(3)重复过程(1)和(2)，直到所有点都计算完毕。
3.根据权利要求1所述的水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，所述的步骤3，构建规则格网DEM模型；具体步骤为：
(1)设定DEM格网尺寸d和格网范围：MinX，MinY，MaxX，MaxY，创建一个规则格网；
(2)遍历规则格网的各个结点；
(3)从点云数据集Dr中搜索出以当前结点为圆心，半径为d/2范围内的点云数据集Dc，如果Dc中只包含一个点数据，则将该点高程赋给当前结点；如果Dc中数据点大于1，则将Dc内所有数据点高程的平均值赋给当前结点；如果Dc为空，则将当前结点标记为无效结点；
(4)重复过程(2)～(3)，直到所有格网结点遍历完毕。
4.根据权利要求1所述的水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，所述的步骤4，将规则格网DEM模型转换为OBJ三维模型并保存，具体步骤为：
(1)将规则格网DEM的每个格网以一条对角线进行剖分；
(2)遍历格网结点，提取出所有的有效结点，作为OBJ三维模型的顶点数据集V{V|vi(xi,yi,zi)∈V}；
(3)遍历所有的三角形，找出三角形的三个顶点在数据集V中的索引，从1开始，构建面索引数据集F{F|fi(vi,vj,vk)∈F且vi∈V，vj∈V，vk∈V}；
(4)按照OBJ三维模型文件的格式保存顶点数据集V和面索引数据集F。
5.根据权利要求1所述的水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，所述步骤3中当前结点坐标的计算公式如下，设当前结点为X轴方向上第i个结点，Y轴方向上第j个结点，
Figure FDA0003159225750000031
式中，d为格网尺寸。
6.根据权利要求4所述的水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，所述步骤4中对格网进行剖分时，当前格网的四个格网点都是有效结点，则任取一条对角线进行剖分。
7.根据权利要求4所述的水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，所述步骤4中对格网进行剖分时，当前格网中有一个无效结点，则将剩余的三个有效结点构成三角形。
8.根据权利要求4所述的水下地形点云数据转换为OBJ三维模型的方法，其特征在于，所述步骤4中对格网进行剖分时，当前格网中存在两个及以上的无效结点，则当前格网不进行三角剖分。
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