一种显示三维重建场景纹理的方法技术

本发明专利技术公开了一种显示三维重建场景纹理的方法，包括：获取场景的初始分辨率下的三角网格模型及其对应的纹理信息；对初始分辨率下的三角网格模型进行网格简化，得到多个分辨率下的三角网格模型，对每一个分辨率下三角网格模型进行网格划分得到多个三角网格块，对初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块进行纹理分块，得到初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块的纹理信息；根据三角网格块的纹理信息和多个分辨率下的三角网格模型的三角网格块显示带有纹理的三维重建场景。本发明专利技术克服计算机内存的限制，能够实时的显示带纹理的大规模三维重建场景，并具有良好的交互功能。

【技术实现步骤摘要】
一种显示三维重建场景纹理的方法
本专利技术属于三维显示领域，具体涉及一种显示三维重建场景纹理的方法。
技术介绍
三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。在计算机内生成物体的三维模型主要有两类。一类是使用几何建模软件通过人机交互生成人为控制下的物体三维几何模型，另一类是通过一定的设备或算法获取真实物体的几何形状。前者技术已经比较成熟，有若干商业软件支持。后者一般称为三维重建过程，是利用物体的二维图像或投影恢复物体三维信息的数学过程和计算机技术。21世纪以来，运动法(StructureFromMotion，SFM)成为基于序列图像的三维重建的主流方法。然而，随着三维重建理论的完善和计算机硬件技术的快速发展，三维重建场景的规模和复杂度不断增大，通常得到的三维模型可能包含上千万个三角面片，甚至更多。这样的三角网格模型文件可能达到几个G的大小，而对应的纹理图片文件一般会更大(10倍左右)。这种情况下，一般的三维显示软件，比如MeshLab等，由于计算机内存和显卡的限制无法实时的显示大规模三维重建场景的纹理模型。即使计算机拥有足够的硬件条件，但纹理图片的杂乱和无序也会使得显示变得异常的缓慢，无法满足实时性的要求。由此可见，现有技术存在计算机硬件的限制、无法满足实时性要求的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种三维重建场景纹理的方法，由此解决现有技术存在计算机硬件的限制、无法满足实时性要求的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种显示三维重建场景纹理的方法，包括：(1)获取场景的初始分辨率下的三角网格模型及其对应的纹理信息；(2)对初始分辨率下的三角网格模型进行网格简化，得到多个分辨率下的三角网格模型，对每一个分辨率下三角网格模型进行网格划分得到多个三角网格块，对初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块进行纹理分块，得到初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块的纹理信息；(3)根据三角网格块的纹理信息和多个分辨率下的三角网格模型的三角网格块显示带有纹理的三维重建场景。进一步地，步骤(2)包括：(2-1)利用网格简化算法对初始分辨率下的三角网格模型进行网格简化，得到多个分辨率下的三角网格模型，根据表面曲率分别对初始分辨率下的三角网格模型和多个分辨率下的三角网格模型中的每一个分辨率下三角网格模型进行网格划分得到多个三角网格块；(2-2)纹理信息以纹理索引的形式保存在初始分辨率下的三角网格模型中，利用纹理索引对初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块进行纹理分块，得到初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块的纹理信息。进一步地，步骤(3)的具体实现方式为：将三角网格块的纹理信息和多个分辨率下的三角网格模型的三角网格块以三角网格块为基本单位保存在二进制文件中，得到带纹理的多分辨率三角网格模型，作为显示单元的输入数据，显示单元对输入数据进行数据读取，同时实时显示带有纹理的三维重建场景。进一步地，数据读取和实时显示是相互独立的线程。进一步地，数据读取的具体实现方式为：显示单元根据当前视口的大小和当前的分辨率从输入数据中读取三角网格块。进一步地，显示单元还用于对三维重建场景进行旋转、平移或者缩放等交互。与现有技术相比，本专利技术所构思的技术方案具有如下有益效果：(1)本专利技术通过网格简化对三角网格模型进行预处理，相比较与传统的数据处理方法，突破了计算机硬件的限制，只需要很小的计算机内存和GPU就能实现大规模三维场景纹理的实时显示。(2)本专利技术数据读取和实时显示是相互独立的线程，确保三维模型显示的实时性并能根据不同的视角和分辨率实时更新。本专利技术提出的显示单元功能完整、交互友好。具有广阔的应用场景和市场价值。(3)虽然本专利技术主要针对带纹理的三维场景提出，但不仅仅局限于此，方法中的理论和策略同样适用于其他的海量三维模型的显示，具有良好的可扩展性。不断增加的计算机的计算能力和图形卡的处理能力能一定程度上缓解大规模三维模型的显示问题，但海量数据的爆炸性增长是不可避免的。大规模三维模型和数据的实时显示问题一直以来都是计算机图形学和三维显示领域的热点和难点问题，因此本专利技术也具有很强的理论意义。附图说明图1为本专利技术方法的总体流程图；图2为本专利技术实施例中三维网格模型的多分辨模型构建流程图；图3为本专利技术实施例中视口剪裁的示意图；图4为本专利技术实施例中显示单元中内存管理的示意图；图5为本专利技术实施例中低分辨率下三维模型的示意图；图6为本专利技术实施例中高分辨率下三维模型的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，展示了本专利技术的总体流程图。在正式实施本专利技术的方法之前，需要对数据准备工作进行一些说明。本专利技术对输入数据的格式不作特殊要求，常见的一些标准的三维数据格式，比如ply、obj、mtl等都可以作为输入数据。但是，由于本专利技术主要针对的是大规模三维重建场景的纹理模型的实时显示问题，具体地，是指基于图像序列的三维重建过程中得到三角网格模型以及对三角网格模型进行纹理映射后得到的纹理图片。因此，本专利技术初始输入的三维模型数据必须是三角网格模型和对应的纹理图片。下面，结合附图对本专利技术的实时显示大规模三维重建场景纹理的方法进行说明。具体地，该方法包括如下步骤：(1)获取场景的初始分辨率下的三角网格模型及其对应的纹理信息；(2)数据预处理：前面已经说明，本专利技术所要求的三维模型数据必须是三角网格模型和对应的纹理图片。在本实施例中，使用网格简化算法对初始分辨率下的三角网格模型进行预处理，构建三角网格模型的多分辨率模型。同时，对纹理图片进行分块管理，最后将这些模型数据以二进制文件形式保存在硬盘中。如图2所示，接下来进一步进行说明：(2.1)使用网格简化算法对初始分辨率下的三角网格模型进行网格简化，得到多个分辨率下的三角网格模型；(2.2)将初始分辨率下的三角网格模型和多个分辨率下的三角网格模型按照分辨率由大到小的顺序排列成多层，其中，初始分辨率下的三角网格模型为第1层三角网格模型；(2.3)根据表面曲率对每一层三角网格模型的三角面片进行网格划分得到多个三角网格块，(2.4)对于每一层三角网格模型，判断是否为第1层三角网格模型，若是，进入(2.5)，否则，进入(2.6)；(2.5)利用纹理索引对初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块进行纹理分块，得到初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块的纹理信息；以三角网格块为基本单位，重新组织纹理图片，即同一个三角网格块中的纹理信息放在同一张纹理图片中；(2.6)将三角网格块的纹理信息和多个分辨率下的三角网格模型的三角网格块以三角网格块为基本单位保存在二进制文件中，得到带纹理的多分辨率三角网格模型。(3)实时显示：步骤(2)中构建的多分辨率模型及纹理数据以文件的形式存放在硬盘中，系统的显示模块按照场景管理和内存管理的策略，实时显示三维模型及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显示三维重建场景纹理的方法，其特征在于，包括：(1)获取场景的初始分辨率下的三角网格模型及其对应的纹理信息；(2)对初始分辨率下的三角网格模型进行网格简化，得到多个分辨率下的三角网格模型，对每一个分辨率下三角网格模型进行网格划分得到多个三角网格块，对初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块进行纹理分块，得到初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块的纹理信息；(3)根据三角网格块的纹理信息和多个分辨率下的三角网格模型的三角网格块显示带有纹理的三维重建场景。

【技术特征摘要】
1.一种显示三维重建场景纹理的方法，其特征在于，包括：(1)获取场景的初始分辨率下的三角网格模型及其对应的纹理信息；(2)对初始分辨率下的三角网格模型进行网格简化，得到多个分辨率下的三角网格模型，对每一个分辨率下三角网格模型进行网格划分得到多个三角网格块，对初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块进行纹理分块，得到初始分辨率下的三角网格模型的三角网格块的纹理信息；(3)根据三角网格块的纹理信息和多个分辨率下的三角网格模型的三角网格块显示带有纹理的三维重建场景。2.如权利要求1所述的一种显示三维重建场景纹理的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：(2-1)利用网格简化算法对初始分辨率下的三角网格模型进行网格简化，得到多个分辨率下的三角网格模型，根据表面曲率分别对初始分辨率下的三角网格模型和多个分辨率下的三角网格模型中的每一个分辨率下三角网格模型进行网格划分得到多个三角网格块；(2-2)纹理信息以纹理索引的形式保存在初始分辨率下的三角网格模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶文兵，刘子健，盛鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42