[发明专利]基于压平包围球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包围球的三维场景局部区域动态压平方法，首先，在用户坐标系中定义压平包围球：根据待压平区域的位置和大小，定义一个球体作为压平包围球，使包围球紧密包含待压平区域，且球体的半径尽量小；其次，根据待压平区域的形态，确定与其底部紧密贴合的平面作为压平面；确定压平操作射影中心；然后，将压平面方程参数、压平包围球球心坐标、包围球半径、压平操作射影中心坐标传入GPU可编程流水线；最后，在GPU的顶点着色器中，判断压平包围球、压平面与顶点的空间关系，对顶点进行移位压平。本发明相对于传统的修模软件压平方法，无需专业用户，无需借助专业软件，不需要实际修改模型，可用性更强。

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包围球的三维场景局部区域动态压平方法及装置。

背景技术

三维模型是三维应用的重要数据基础，其质量高低与应用中整个场景的视觉效果密切相关，高质量模型能提高场景的视觉效果，而低质量模型的存在则有碍观感甚至影响应用效果。高质量模型一般采用人工建模或lidar建模，但由于生产成本较高，在大规模模型的三维应用中一般只应用于重点目标建模。其余次重点模型一般采用倾斜摄影方法，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，会造成局部模型悬空等问题。

可以采用专业建模软件移除悬空部分，以提高模型质量。移除操作本质上是对原有模型的二次编辑，需要重新采集数据(如纹理图像)才能实现对移除部分的修改。目前一些建模软件如MeshMixer，wish3D等提供了模型的局部压平功能，无需重新采集数据，直接将悬空模型(如电杆)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)建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行。(2)部分三维应用中要求能实现对三维场景局部区域的动态移除和恢复，使用软件编辑模型无法实现该要求。

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于压平包围球的三维场景局部区域动态压平方法及装置，根据用户定义的包围球动态压平和可逆恢复局部区域，提高三维场景的可视化质量。

技术方案：本发明提出一种基于压平包围球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包围球：根据待压平区域的位置和大小，定义一个球体作为压平包围球，使包围球紧密包含待压平区域，且球体的半径尽量小；记录压平包围球球心坐标O(x₀,y₀,z₀)与半径R；

(2)确定压平面位置和方程：在用户坐标系中，根据待压平区域的形态，确定与其底部紧密贴合的平面作为压平面；

(3)确定压平操作射影中心；

(4)将压平面方程参数、压平包围球球心坐标、包围球半径、压平操作射影中心坐标传入GPU可编程流水线；

(5)在GPU的顶点着色器中，判断压平包围球、压平面与顶点的空间关系，对顶点进行移位压平。

进一步地，所述步骤(3)实现过程如下：

在用户坐标系中，从压平包围球球心向压平面做垂线，延长并与球面相交于点B，作为压平操作射影中心；由压平面法向量和球心坐标，确定一条空间直线方程，将该直线方程和球面方程联立求解，得到B的坐标(x_B,y_B,z_B)。

进一步地，所述步骤(5)包括以下步骤：

(51)计算顶点V(x₁,y₁,z₁)到包围球球心的距离平方S1：