[发明专利]一种基于深度图像的建筑物三维建模与虚拟场景生成方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于深度图像的建筑物三维建模与虚拟场景生成方法和系统，包括：计算并重建精确的三维深度数据；对多种类型来源的三维数据进行优化和转换，得到对应的高速流式点云格式的模型，进行点云配准；图像的投影变形，建立各相邻画面像素的对应关系；将点云三角化形成的三角面片连接起来，生成建筑物体表面；使用二次曲面和复杂多边形工具建模，改变二次曲面的状态，针对不规则多边形进行处理，得到建筑物三维模型；使用三维渲染接口软件导入建筑物三维模型，每隔预定时间对模型进行重新绘制和显示，从而实现不同场景下建筑物虚拟环境的构建和场景的生成，具有良好的真实感。

技术领域

本发明涉及三维建模领域，尤其是涉及一种基于深度图像的建筑物三维建模与虚拟场景生成系统。

背景技术

目前，随着计算机图形图像处理技术的快速发展，三维虚拟场景可以将平面场景图片以形象、生动的再现现实场景，给人们带来很好的视觉效果、以及视觉体验，对三维可视化技术的需求呈现明显的增长趋势，因而，如何创建出所需的三维场景得到越来越广泛的关注与研究，并且已在各种行业得到广泛的应用。三维数字城市能够建立虚拟的城市地理信息环境，给予真实感的地理场景信息，有利于城市建设中复杂问题的解决。

现有技术中有提出利用激光雷达和飞行器来实现三维实景的重构，在空旷区域以及复杂环境有一定的应用，但是激光扫描设备价格比较昂贵、数据量大、操作复杂和计算量比较高；此外，对于多楼层的大型综合体建筑，飞行器在楼道等狭窄区域不易控制，容易碰壁造成损坏；有提出利用微软发布的Kinect实现三维场景的重构，其在单一物体的重构上有一定效果，但是无法满足多物体的室内场景渲染；有提出在此基础上，利用ICP方法实现三维场景的重构，但是由于受限于内存的原因，此方法也有一定的局限性；也有提出双层配准方法实现三维场景重建，但是在拍摄位置选择上没有进行精确定位，在三维场景的重建效果上存在一定的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于深度图像的建筑物三维建模与虚拟场景生成系统，采用本发明构建的建筑物模型轮廓明显、边缘清晰，生成的虚拟场景具有良好的真实感。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于深度图像的建筑物三维建模与虚拟场景生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取传感器与建筑物场景之间的反射光信息、空间待测物体表面散斑图像和空间建筑物之间的相对距离，据此计算并重建精确的三维深度数据；

S2，对多种类型来源的三维数据进行优化和转换，得到对应的高速流式点云格式的模型，进行点云配准：首先输入原点云集和目标点云集并进行初始化，进一步确定对应的点对，求解变换矩阵R和T并计算误差，更新点云位置，判断误差是否在阈值范围内，如果在范围内，认为原点云集和目标点云集匹配，否则重新确定对应的点对进行配准；

S3，图像的投影变形：取点云数据中一点为视点，将周围场景点云投影到中间面，加入可见点的深度到原始图像序列，对可见点进行投影变换，建立各相邻画面像素的对应关系；

S4，点云数据进行三角化处理：首先使用生长算法构造平面三角网，然后根据平面内点的拓扑连接关系映射到空间三角网格曲面模型；

S5，将点云三角化形成的三角面片连接起来，生成建筑物体表面；

S6，使用二次曲面和复杂多边形工具建模，改变二次曲面的状态，针对不规则多边形进行处理，得到建筑物三维模型；

S7，使用三维渲染接口软件导入建筑物三维模型，根据差值系数计算变换矩阵，结合变换矩阵对模型进行渲染，变化不同的模型位置，每隔预定时间对模型进行重新绘制和显示，从而实现不同场景下建筑物虚拟环境的构建和场景的生成。

优选地，所述三维渲染接口为OpenGL或direct。