[发明专利]基于压平视锥体的三维场景局部区域动态压平方法及装置

说明书

本发明公开一种基于压平视锥体的三维场景局部区域动态压平方法及装置，首先，在用户坐标系中定义压平视锥体以确定压平范围：根据待压平局部区域的形态，首先确定压平面，然后确定压平视锥体的最佳位置和姿态，使压平视锥体完全包含待压平目标，且压平视锥体的近平面或者远平面与压平面重合；其次，根据压平视锥体创建压平相机，设置投影矩阵V和观察矩阵P；然后，将压平相机的投影矩阵V和观察矩阵P传入GPU可编程流水线；最后，在GPU的顶点着色器中，判断视锥体与顶点的包含关系，将位于压平视锥体里面的顶点进行移位压平。本发明无需修改三维模型，能根据用户需求动态压平和恢复局部区域，具有较强的交互性。

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视锥体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，一般只应用于重点目标建模。倾斜摄影适合大场景的批量建模，其生产成本低，生产速度快，可以实现包含几何结构和纹理的三维重建，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。

采用专业修模软件移除低质量模型，可改善可视化的效果。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，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视锥体的三维场景局部区域动态压平方法及装置，无需修改三维模型，能根据用户需求动态压平和恢复局部区域，具有较强的交互性。

技术方案：本发明提出一种基于压平视锥体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视锥体以确定压平范围：根据待压平局部区域的形态，首先确定压平面，然后确定压平视锥体的最佳位置和姿态，使压平视锥体完全包含待压平目标，且压平视锥体的近平面或者远平面与压平面重合；

(2)根据压平视锥体创建压平相机，设置投影矩阵V和观察矩阵P；

(3)将压平相机的投影矩阵V和观察矩阵P传入GPU可编程流水线；

(4)在GPU的顶点着色器中，判断视锥体与顶点的包含关系，将位于压平视锥体里面的顶点进行移位压平。

进一步地，步骤(2)所述的压平相机是一种虚拟相机，用于将顶点坐标从用户坐标系变换到观察坐标系或投影坐标系。

进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)设置压平相机投影矩阵：设置压平相机的投影类型为透视投影，将压平视锥体设置为压平相机的观察空间，根据压平相机的观察空间设置压平相机的投影矩阵；

(22)设置压平相机观察矩阵：以压平视锥体棱线的汇聚点作为观察坐标系原点，压平视锥体中心轴作为视线，构建观察坐标系，根据观察坐标系设置压平相机的观察矩阵。

进一步地，所述步骤(4)包括以下步骤：

(41)根据压平相机的观察矩阵V和投影矩阵P，将用户坐标系中的顶点坐标V0(x0,y0,z0,1)变换到压平相机投影空间，设变换后的坐标为V1(x1,y1,z1,w)，其中，w为哑坐标，则变换过程为：