[发明专利]基于压平多边形的三维场景局部区域动态压平方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于压平多边形的三维场景局部区域动态压平方法及装置，在用户坐标系中定义压平多边形确定压平区；根据压平多边形创建压平相机，设置观察矩阵、投影矩阵及视口矩阵；使用压平相机生成压平多边形深度图；将压平相机的观察矩阵、投影矩阵以及压平多边形深度图传入GPU可编程流水线；在GPU的顶点着色器中，判断压平多边形与顶点的包含关系，将位于压平多边形里面且高于压平多边形的顶点进行移位压平。本发明对压平区的限制性较低，不局限于水平面，可以为任意斜面，并且可以根据用户需要，采用不精确共面的空间多边形来定义压平区。

技术领域

本发明属于空间信息领域，具体涉及一种基于压平多边形的三维场景局部区域动态压平方法及装置。

背景技术

三维模型是三维可视化的重要数据基础，其精确性与三维场景的可视化效果密切相关，精细模型能提高三维可视化的质量，而低质量模型的存在则有碍观感甚至影响应用效果。精细模型一般采用人工建模或lidar建模，但由于生产成本较高，一般只针对重点目标采用精细建模方法。倾斜摄影是全要素三维建模方法，生产成本低，生产速度快，可以实现大场景包含几何结构和纹理的批量三维重建，但是受目前技术的限制，对树木、电杆等细小零散目标的建模效果差，容易导致大量低质量模型的产生。

可以采用专业修模软件移除低质量模型，以改善可视化的效果。移除操作本质上是对原有模型的二次建模，需要重新采集数据(如纹理图像)才能实现对移除区域的三维重建。目前一些修模软件如MeshMixer，wish3D等则提供了模型的局部压平功能，无需重新采集数据，直接将低质量模型(如树木)压平到地面，间接实现移除低质量模型的要求。但该方法存在以下问题：(1)压平需要专业用户操作，也需要专业的修模软件支持，除了增加额外的工作量，对于普通用户来说基本不可行。(2)修模软件压平本质上是对三维模型的物理破坏，将反映模型质量高低的“1-N”问题变成体现模型有无的“0-1”问题，导致虚拟场景和实际场景新的不一致，由于其操作不可逆，在部分应用中是不可接受的。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于压平多边形的三维场景局部区域动态压平方法及装置，对压平区的限制性较低，不局限于水平面，可以为任意斜面，且具有较强的交互性，可便捷的查看实际压平效果并进行动态调整。

技术方案：本发明提出一种基于压平多边形的三维场景局部区域动态压平方法，具体包括以下步骤：

(1)在用户坐标系中定义压平多边形确定压平区：根据待压平目标定义压平多边形，使压平多边形紧密贴合待压平目标的压平区；

(2)根据压平多边形创建压平相机，设置观察矩阵、投影矩阵及视口矩阵；

(3)使用压平相机生成压平多边形深度图；

(4)将压平相机的观察矩阵、投影矩阵以及压平多边形深度图传入GPU可编程流水线；

(5)在GPU的顶点着色器中，判断压平多边形与顶点的包含关系，将位于压平多边形里面且高于压平多边形的顶点进行移位压平。

进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)计算压平多边形包围盒：所述的压平多边形包围盒是包含压平多边形所有顶点的最小轴对齐立方体，其中上底面Z值bTop等于所有顶点Z值的最大值,下底面Z值bBottom等于所有顶点Z值的最小值，修正bTop＝max(bTop,bBottom+f)，其中f为任意大于0的值；

(22)设置压平相机观察矩阵：通过压平多边形包围盒的上下底面中心确定直线L，选择L上任一高于包围盒的空间点，作为观察坐标系原点O，定义观察坐标系的X、Y和Z轴分别与用户坐标系的X、Y和Z轴方向一致，建立观察坐标系，根据观察坐标系设置压平相机观察矩阵；

(23)设置压平相机投影矩阵：将压平多边形包围盒设置为压平相机的观察空间，然后根据正交投影类型和压平相机的观察空间设置压平相机的投影矩阵；