通过真正射影像快速构建三维建筑物场景的方法技术

本发明专利技术提供一种通过真正射影像快速构建三维建筑物场景的方法，具体包括以下步骤：１）通过真正射影像提取建筑物顶面，得到平面矢量图形，同时得到矢量的平面坐标；２）对步骤１）中得到的平面矢量图形分别进行建筑顶面三角化处理和地面多边形三角化处理，并结合数字表面模型数据和数字高程模型数据生成建筑物模型和地面模型；３）将建筑物模型和地面模型组合生成三维场景模型；４）将三维建筑物模型与真正射影像进行纹理映射叠加，生成三维建筑物场景效果图。本方法加快了三维建筑场景的建模速度，减少了模型贴图的手工操作时间。利用本方法，可以对一特定区域进行一次整体的建模与纹理映射，得到真实有效的三维视觉效果，大大降低了场景建模的工作量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种构建三维场景的方法，更准确的，本专利技术涉及一 种。
技术介绍
传统的摄影测量学方法一般使用航空影像来重建立体模型，观察 立体效果要配带立体眼镜，不方便立体观测。随着摄影测量技术的发展，现在常用的构建三维场景的方法有以下两种一、使用传统的正射影像和数字高程模型来构建三维场景 航空影像是经过中心投影形成的，而正射影像则是由航空影像经 过纠正得到的一个接近垂直投影的影像。传统的正射影像有个缺点，就是忽略了建筑物，树木，桥梁等高卑物体的高度，没有对影像进行 彻底的纠正，由于高程差，仍然存在像素位移，因而在传统的正射影 像上能看到部分物体的侧面，如图1所示，传统正射影像与真正射影 像相比较，传统正射影像上能看到部分物体的侧面，无法精确地进行 物体的轮廓勾绘，但在真正射影像上看不到物体的侧面，可以精确地 进行轮廓勾绘。由于传统正射影像存在上述缺点，无法精确提取到高卑建筑物， 树木，桥梁等物体的轮廓坐标，因而与数字高程模型结合后构建的三维场景模型图像不够精确真实，位置关系容易错移。二、在数字表面模型上勾绘物体轮廓，进而构建三维场景 现在可以通过机载激光扫描系统的方法直接获取到数字表面模 型，也可以使用航空摄影测量技术在影像匹配的基础上生成数字表面 模型，然后使用数字表面模型规格化的方法来重建三维场景。但数字 表面模型数据本身是没有颜色的，点集之间通过距离来区分，数据量 大，在计算机上难以进行真实的紋理贴图，紋理坐标难以定位。同时，数字表面模型规格化困难，精度不高。由于数字表面模型 的精度没有航空影像的精度高，因而数字表面模型规格化不如直接在 航空影像上提取轮廓更好。数字表面模型是三维表示的，由于数字表 面模型是一片点集，在计算机上编辑难于确认三维物体的轮廓界线。
技术实现思路
本专利技术提供了一种构建三维建筑物场景的方法，通过获取航空影像，使用相关设备生成真正射影像(TrueOrthoimage)和数字表面模 型(DSM)，通过坐标对应的方式使得建立的三维物体模型具有真实紋 理，达到快速、高精度的重建三维地理场景的目的。本专利技术的，具体 包括以下步骤1) 通过真正射影像提取建筑物顶面，得到平面矢量图形，同时得 到矢量的平面坐标；2) 对步骤l)中得到的平面矢量图形分别进行建筑物顶面多边形 三角化处理和地面多边形三角化处理，并结合数字表面模型数据和数 字高程模型数据进行高程读取，生成建筑物模型和地面模型；3)将建筑物模型和地面模型组合生成三维场景模型；4 )将三维建筑物模型与真正射影像进行紋理映射叠加，生成三维建筑物场景效果图。其中，提取建筑物顶面可以使用常用的矢量化制图工具勾绘建筑 物轮廓线，'得到一个不带高程Z值的平面矢量图形文件。得到的平面矢量图形文件，是关于建筑物的平面位置信息，要正 确地把建筑物三维表现出来，就要结合数字表面模型和数字高程模型 来获取建筑物顶面高度和地面高度；该方法是把建筑物顶面多边形和 地面多边形三角化，主要使用Delaunay三角剖分技术，而对于双层塔 式屋顶面结构，则使用带洞多边形的Delaunay三角剖分技术。对于建 筑物顶面为三角形的，先计算缩小的三角形，如果是平面则取三角形 中点高度，如果是多个三角形则取平均值，如果是倾斜三角面，则求 得平面方程，进一步求得原来各顶点的高程；结合数字表面模型数据 和数字高程模型数据计算并确定建筑物顶面各点的三维坐标。建筑物的高程包括两部分顶面高程和底面高程。建筑物模型的 顶面多边形和底面多边形形状相同，其中顶面的高程值需要从DSM数 据文件中读取到，底面的高程值直接从DEM数据文件中读取。本专利技术所述的紋理映射技术是指将一个紋理图像用函数映射到三 维物体表面来描述景物的表面细节，是真实感图形生成的有效途径。 二维紋理定义在一平面区域内，它可以用数学函数解释地表示，亦可 以用各种数字化图像来离散定义。该平面区域上的每一点处均定义有 一灰度值或颜色值，称该平面区域为紋理空间。在图形绘制时，应用 紋理映射方法可方《更地确定景物表面上任一可见点在紋理空间中的对 应位置；该对应位置所定义的紋理值或颜色值即描述了景物表面在所述点处的紋理属性，如表面法向量、漫反射系数等。由于采用了上述技术方案，使得本专利技术具备如下技术效果 (1)本专利技术的建筑物模型是在真正射影像上提取建立的，其是利 用数字微分纠正技术，改正了原始航空影像的几何变形，经过影像重 采样后的影像视角都被纠正为垂直视角，与传统的正射影像相比，在 大比例尺影像图中，避免了高大建筑的倾斜对其它地面物体的遮挡， 在拼接地区能够实现平滑自然的过渡；(2 )本专利技术的真正射影像与数字表面模型的坐标关系存在一个接 近正直投影的对应关系，其三维坐标与数字表面^i型同样存在一个直 接的对应关系，同时本专利技术还对不同形状的建筑物顶面多边形和地面 多边形进行了不同的三角化处理，从而使得到的三维场景模型更加精 确真实；(3)本专利技术将三维建筑物模型与真正射影像进行紋理映射叠加， 由于得到的三维场景模型位置关系精确，容易确定紋理坐标，紋理映 射叠加后生成的三维建筑物场景效果图也更加准确，色彩自然，轮廓清晰；(4 )本专利技术全部操作均有可由计算机完成，加快了三维建筑场景 的建模速度，减少了模型贴图的手工操作时间；(5 )本专利技术是使用整个区域的真正射影像作为对象，不需要进行 影像建筑物顶面的裁剪，各个建筑物顶面会根据坐标自动紋理映射。 因而可以对一特定区域进行一次整体的建模与紋理映射，得到真实有 效的三维视觉效果，大大降低了场景建才莫的工作量。总之，通过本专利技术方法得到的三维建筑物场景几乎不存在位置上 的错移，轮廓清晰自然，精度高，建模速度块，工作量小。附图说明图l是传统正射影像与真正射影像比较图，其中图1A是传统正射 影像图，图IB是真正射影像图2为本专利技术的 流程图3是提取矢量轮廓线示意图，其中图3A是真正射影像图，图3B 是对3A提取矢量轮廓线的示意图；；图4是从真正射影像上矢量化建筑顶面示意图5是建筑物顶面矢量图形；图6是数字表面模型文件格式示意图7是获取高度信息示意图8是三角化示意图，其中图8A是简单建筑顶面三角化示意图， 图8B是双层塔式建筑顶面三角化示意图9是将屋顶多边形三角化后缩小三角形示意图IO是建筑物模型结构示意图，其中图IOA是顶面图，图IOB是 侧面展开图ll是地面模型结构示意图12是单建筑的三角化处理示意图13是单个建筑顶面紋理映射示意图14是整个建筑物场景模型与真正射影像的对应关系图15是真正射影像与三维建筑物模型紋理映射叠加图，其中图 15A是三维矢量模型图，图15B是真正映射像图，图15C是紋理映射 效果图；图16是整个三维建筑物场景的效果图。 具体实施例方式下面结合本专利技术的附图，更详细地描述本专利技术的较佳实施例。 根据本专利技术的， 具体包括以下步骤1) 通过真正射影^象提取建筑物顶面，得到平面矢量图形，同时得 到矢量的平面坐标使用法国的像素工厂(Pixel Factory)系统设备处理航空影像， 生成真正射影像、数字表面模型和数字高程模型，三者是各自独立的 产品，同时它们之间存在关联。然后使用ESRI公司的ArcGIS软件对真正射影像进行矢量化，即 用直线连接角点，得到一个不带高程Z值的平面矢量图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过真正射影像快速构建三维建筑物场景的方法，具体包括以下步骤：１）通过真正射影像提取建筑物顶面，得到平面矢量图形，同时得到矢量的平面坐标；２）对步骤１）中得到的平面矢量图形分别进行建筑物顶面多边形三角化处理和地面多边形三角化处理，并结合数字表面模型数据和数字高程模型数据进行高程读取，生成建筑物模型和地面模型；３）将建筑物模型和地面模型组合生成三维场景模型；４）将三维建筑物模型与真正射影像进行纹理映射叠加，生成三维建筑物场景效果图。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：关鸿亮，
申请(专利权)人：关鸿亮，
类型：发明
国别省市：11[]