[发明专利]一种盾构隧道三维仿真方法

权利要求书

1.一种盾构隧道三维仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用三维激光扫描仪获取隧道三维点云，每个点包含目标三维坐标数据(X,Y,Z)和目标反射强度信息I；

(2)根据点云数据的坐标数据构建隧道具有真实尺寸的三维结构模型；

(3)令三维结构模型任意一点的在UV坐标系下的坐标为(u,v)，UV坐标系为贴图坐标系，计算三维结构模型上每个点的(X,Y,Z)与(u,v)的坐标转换关系，记，

(4)利用点云数据的反射强度信息插值生成隧道管片的二维灰度影像图；

(5)根据UV坐标实现三维结构模型与灰度影像的融合，最终生成三维结构模型内部渲染图，该渲染图是对盾构隧道内部影像的仿真。

2.如权利要求1所述盾构隧道三维仿真方法，其特征在于，隧道管片的二维灰度影像图的生成中，还包括：

影像图中每个像素信息中包含以下信息：像素坐标(x,y)，三维坐标(X,Y,Z)以及灰度值I，其中，像素坐标(x,y)代表每个像素点在影像图中的行号和列号，三维坐标(X,Y,Z)为每个像素点在点云数据中对应点的三维坐标，像素坐标(x,y)与三维坐标(X,Y,Z)存在函数对应关系：

三维模型的UV坐标与灰度影像的像素坐标均为平面坐标系，通过求解UV坐标与像素坐标之间的转换关系，即可建立灰度影像与三维模型对应关系；

选取2个三维模型与灰度影像的公共点(即(X,Y,Z)坐标相同点)记为A，B，

同时获取A点和B点的UV坐标和像素坐标，分别记为(U_A,V_A)，(U_B,V_B)，(x_A,y_A)，(x_B,y_B)，将这些坐标带入坐标旋转公式：

求解Δu、Δv、α参数，根据公式(3)，计算二维灰度影像图中任意像素在UV坐标系下的坐标。

3.如权利要求1所述的盾构隧道三维仿真方法，其特征在于，扫描仪的采集方式为静态扫描模式，即每隔某个距离架设扫描仪进行三维扫描，站与站之间通过靶球拼接，经过拼接后的点云数据包含目标三维坐标数据(X,Y,Z)和目标反射强度信息I。