CN114998503B - 一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法，步骤如下：S1、加载实景模型，将用到的实景三维模型数据集加载到场景，获取白模文件目录下带处理的白模模型列表；S2、创建纹理构建工厂，工厂包含多个渲染到纹理相机，分别绑定到渲染纹理，相机采用预渲染模式，目的是对目标实景三维进行多视角观察，获取不同视角纹理，为每个相机创建一个纹理坐标计算器；S3、批量对白模进行纹理构建，逐一读取白模模型数据，调整场景视角动态调度加载实景三维模型，对白模进行自动纹理构建，使用相应的纹理坐标计算器计算顶点纹理坐标，直到对所有白模完成纹理构建后结束。本发明基于白模可实现地物真实性、轻量化、单体化、语义结构化表达，便于更新编辑。

Description

一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法

技术领域

本发明涉及三维地理信息数据轻量化建模技术领域，尤其涉及一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法。

背景技术

随着测绘地理信息科学进步与空间数据采集手段技术发展，实景三维技术已成为获取城市现状和自然资源空间数据的一种重要手段，实景三维模型能够全方位、多尺度、多源多种类的对现实世界进行真实三维可视化表达，在新型基础测绘、实景三维中国建设、城市信息模型建设中成发挥着重要作用，给智慧城市建设带来强大助力。

倾斜摄影实景三维模型具有丰富的地物纹理信息、分辨率高、建模生产高效自动化等特点，其缺点是一种非结构化的“一张皮”表面模型，数据存在大量冗余和不一致性。大范围实景三维模型集成建库后，存在数据量庞大、数据更新困难、数据缺少语义信息等缺点，在WEB端展示存在数据网络传输较慢、渲染效率低等问题。

三维白模是一种简单原始的几何模型，反应轮廓信息，也可以做到精细，其原具有生单体化、结构化、轻量化特点，方便挂接属性信息，有利于网络传输和便于专题表达，广泛应用于三维GIS系统。白模缺点是缺乏纹理信息、不真实，采用手工进行纹理贴图工作量大，尤其对大范围白模进行纹理贴图。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法，能够基于实景三维获取多角度、不同分辨率的地物纹理，批量对白模进行纹理构建，计算顶点纹理坐标，从而实现地物模型真实、单体化、轻量化、语义化的表达。

为解决上述模型问题，本发明提供如下技术方案，一种基于实景三维的白模纹理构建方法，能够批量自动对白模进行纹理构建，过程包括实景三维动态模型加载、白模方向包围盒计算、三维场景裁剪、模型渲染到纹理、纹理修饰、模型几何重组、纹理映射、模型优化、模型输出。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种基于实景三维的白模纹理构建方法，具体步骤如下：

步骤S1、首先是加载实景模型，将用到的实景三维模型数据集加载到场景，获取白模文件目录下带处理的白模模型列表；

步骤S2、创建纹理构建工厂，工厂包含多个(至少5个)渲染到纹理(RTT)相机，分别绑定到渲染纹理，相机采用预渲染模式，目的是对实景三维进行多视角观察，获取顶面和前后左右立面纹理，为每个相机创建一个纹理坐标计算器；

步骤S3、批量对白模进行纹理构建，逐一读取白模模型数据，调整场景视角动态调度加载实景三维模型，对白模进行纹理构建，使用相应的纹理坐标计算器计算顶点纹理坐标，直到对所有白模完成纹理构建后结束。

优选的，步骤S3的具体步骤如下：

步骤S31、加载白模模型，获取白模中心点，调整主相机视点，在三维场景中飞往白模所在位置，依据视点动态调度加载实景三维模型；

步骤S32、计算白模带方向包围盒(OBB)，使用带方向包围盒适当外扩对实景三维场景进行裁剪，由于地物存在遮挡，不进行裁剪会造成纹理错乱，而裁剪过多如又会造成局部纹理缺失，使用带方向包围盒进行适当范围外扩可以较好的消除地物之间遮挡；

步骤S33、依据分辨率参数设置，调整每个RTT相机参数，相机观察目标位置为白模中心位置，根据设定的观察位置姿态计算出相机的视图矩阵和正交投影矩阵，调整相机视口和纹理大小；

步骤S34、待当前视角下三维场景中实景三维模型动态调度加载结束后，取出每个RTT相机渲染的纹理，并对纹理进行修饰。由于地物或植被遮挡，会造成局部纹理缺失现象，需要对纹理进行修饰，通过修饰可以消除或减弱纹理边界黑边和补充局部纹理缺失，纹理修饰包括边界膨胀、水平或竖直方向填充；

步骤S35、对白模进行几何重组，遍历三角形，根据三角形法线与相机视线关系，选择最优RTT相机，进行分类重组，分类重组后模型包含5个几何模型，将修饰后的纹理作为相应的几何模型；

步骤S36、进行纹理映射计算纹理坐标，首先对重组后的几何数据进行模型坐标转换，转换到对应的RTT相机坐标系下，利用RTT相机对应的纹理坐标计算器基于正交投影原理进行纹理映射，计算出每个顶点的纹理坐标；

步骤S37、为提高模型渲染效率，对重组的几何模型进行优化，将三角形条带化；

步骤S38、模型和纹理导出，为避免导出模型出现精度损失，对模型坐标统一偏移处理，导出处理后的带纹理模型；

步骤S31到S38完成一个白模的自动纹理构建，依次读取下一个白模构建纹理，重置RTT相机参数，重复S31到S38，直到模型处理完毕。

本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法，有益效果在于：本发明基于实景三维提供的丰富的纹理信息，批量对白模进行纹理构建，按需采集不同分辨率纹理信息，不仅能够真实表达建筑、地形、道路等地物信息，而且能够实现模型轻量化、单体化、语义结构化表达，便于数据更新编辑。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法的简单流程图。

图2为本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法的详细流程图。

图3为本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法的建筑、道路、地形白模效果图。

图4为本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法的建筑白模纹理构建后效果图。

图5为本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法的道路白模纹理构建后效果图。

图6为本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法的地形白模纹理构建后效果图。

图7为本发明提出的一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法的建筑、道路、地形白模纹理构建后分类着色效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

参照图1-7，一种基于实景三维的白模纹理构建方法，具体步骤如下：

步骤S1、首先是加载实景模型，将用到的实景三维模型数据集加载到场景，获取白模文件目录下带处理的白模模型列表；

步骤S2、创建纹理构建工厂，工厂包含多个(至少5个)渲染到纹理(RTT)相机，分别绑定到渲染纹理，相机采用预渲染模式，目的是对实景三维进行多视角观察，获取顶面和前后左右立面纹理，为每个相机创建一个纹理坐标计算器；

步骤S3、批量对白模进行纹理构建，逐一读取白模模型数据，调整场景视角动态调度加载实景三维模型，对白模进行纹理构建，使用相应的纹理坐标计算器计算顶点纹理坐标，直到对所有白模完成纹理构建后结束。

步骤S3的具体步骤如下：

步骤S31、加载白模模型，获取白模中心点，调整主相机视点，在三维场景中飞往白模所在位置，依据视点动态调度加载实景三维模型；

步骤S32、计算白模带方向包围盒(OBB)，使用带方向包围盒适当外扩对实景三维场景进行裁剪，由于地物存在遮挡，不进行裁剪会造成纹理错乱，而裁剪过多如又会造成局部纹理缺失，使用带方向包围盒进行适当范围外扩可以较好的消除地物之间遮挡；

步骤S33、依据分辨率参数设置，调整每个RTT相机参数，相机观察目标位置为白模中心位置，根据设定的观察位置姿态计算出相机的视图矩阵和正交投影矩阵，调整相机视口和纹理大小；

步骤S34、待当前视角下三维场景中实景三维模型动态调度加载结束后，取出每个RTT相机渲染的纹理，并对纹理进行修饰。由于地物或植被遮挡，会造成局部纹理缺失现象，需要对纹理进行修饰，通过修饰可以消除或减弱纹理边界黑边和补充局部纹理缺失，纹理修饰包括边界膨胀、水平或竖直方向填充；

步骤S35、对白模进行几何重组，遍历三角形，根据三角形法线与相机视线关系，选择最优RTT相机，进行分类重组，分类重组后模型包含5个几何模型，将修饰后的纹理作为相应的几何模型；

步骤S36、进行纹理映射计算纹理坐标，首先对重组后的几何数据进行模型坐标转换，转换到对应的RTT相机坐标系下，利用RTT相机对应的纹理坐标计算器基于正交投影原理进行纹理映射，计算出每个顶点的纹理坐标；

假设模型坐标向量为V_o，RTT相机视图矩阵为MV，正交投影投影矩阵为P，正交投影将RTT相机视点作为原点，看向Z轴负方向，顶部朝Y轴正方向，通过如下公式计算出正交相机下视口坐标V_p

V_p＝P*MV*V_o

根据RTT相机视口坐标和视口大小进行纹理映射计算纹理坐标，计算公式如下：

步骤S37、为提高模型渲染效率，对重组的几何模型进行优化，将三角形条带化；

步骤S38、模型和纹理导出，为避免导出模型出现精度损失，对模型坐标统一偏移处理，导出处理后的带纹理模型；

步骤S31到S38完成一个白模的自动纹理构建，依次读取下一个白模构建纹理，重置RTT相机参数，重复S31到S38，直到模型处理完毕。

本发明面向我国智慧城市建设过程中数据轻量化的更高需求，基于已有的实景三维数字城市建设成果，在实景三维场景中建立多个不同视角的渲染到纹理(RTT)相机，从实景三维场景中自动采集纹理信息，并对纹理进行修饰，批量对白模进行纹理采集和纹理坐标重建，不仅能够真实表达建筑、地形、道路等地物信息，而且能够有效继承白模特性，实现模型单体化、轻量化、语义结构化表达，便于数据更新编辑。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于实景三维的白模自动纹理构建方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤S1、首先是加载实景模型，将对应的实景三维模型数据集加载到场景，获取白模文件目录下带处理的白模模型列表；

步骤S2、创建纹理构建工厂，工厂包含多个渲染到纹理相机，相机采用预渲染模式，对实景三维进行多视角观察，获取顶面和前后左右立面纹理，为每个相机创建一个纹理坐标计算器；

步骤S3、批量对白模进行纹理构建，逐一读取白模模型数据，调整场景视角动态调度加载实景三维模型，对白模进行纹理构建，使用相应的纹理坐标计算器计算顶点纹理坐标，直到对所有白模完成纹理构建后结束；

步骤S3的具体步骤如下：

步骤S31、加载白模模型，获取白模中心点，调整主相机视点，在三维场景中飞往白模所在位置，依据视点动态调度加载实景三维模型；

步骤S32、计算白模带方向包围盒，使用带方向包围盒适当外扩对实景三维场景进行裁剪，由于地物存在遮挡，不裁剪会导致纹理遮盖错乱，而裁剪过多，又会造成局部纹理缺失，使用带方向包围盒进行外扩，消除地物之间遮挡；

步骤S33、依据分辨率参数设置，调整每个RTT相机参数，相机观察目标位置为白模中心位置，根据设定的观察位置姿态计算出相机的视图矩阵和正交投影矩阵，调整相机视口和纹理大小；

步骤S34、待当前视角下三维场景中实景三维模型动态调度加载结束后，取出每个RTT相机渲染的纹理，并对纹理进行修饰，由于地物或植被遮挡，会造成局部纹理缺失现象，需要对纹理进行修饰，通过修饰可以消除或减弱纹理边界黑边和补充局部纹理缺失，纹理修饰包括边界膨胀、水平或竖直方向填充；

步骤S35、对白模进行几何重组，遍历三角形，根据三角形法线与相机视线关系，选择最优RTT相机，进行分类重组，分类重组后模型包含5个几何模型，将修饰后的纹理作为相应的几何模型；

步骤S36、进行纹理映射计算纹理坐标，首先对重组后的几何数据进行模型坐标转换，转换到对应的RTT相机坐标系下，利用RTT相机对应的纹理坐标计算器基于正交投影原理进行纹理映射，计算出每个顶点的纹理坐标；

步骤S37、为提高模型渲染效率，对重组的几何模型进行优化，将三角形条带化；

步骤S38、模型和纹理导出，为避免导出模型出现精度损失，对模型坐标统一偏移处理，导出处理后的带纹理模型；

步骤S31到S38完成一个白模的自动纹理构建，依次读取下一个白模构建纹理，重置RTT相机参数，重复S31到S38，直到模型处理完毕。