專利名稱：一種全景實(shí)景立體測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體測量技術(shù)，具體的說是一種全景實(shí)景立體測量方法。
背景技術(shù)：
地理信息是用來描述現(xiàn)實(shí)世界各種目標(biāo)的空間位置和分布情況的信息，是人類最 重要的、基礎(chǔ)性的信息資源之一。在人類的社會(huì)實(shí)踐中，人們通常采用測量方法來獲取現(xiàn)實(shí) 世界的地理信息。隨著社會(huì)的發(fā)展，由于城市建設(shè)、土地規(guī)劃、工程選址、甚至軍事等領(lǐng)域的 實(shí)際需求，地理信息的測繪技術(shù)也在不斷進(jìn)步。早期的測繪使用的是簡單工具，如繩尺、步弓等進(jìn)行測量。這些測量工具都是機(jī)械 式的，而且以量測距離為主，測量精度較低。17世紀(jì)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明使得測繪工具開始進(jìn)入變 革階段。1617年，荷蘭的斯涅耳(W. Snell)為了進(jìn)行弧度測量而首創(chuàng)三角測量法，開始了角 度測量。1730年，英國的西森(Sisson)制成測角用的第一架經(jīng)緯儀，大大促進(jìn)了三角測量 的發(fā)展。19世紀(jì)50年代，洛斯達(dá)首創(chuàng)攝影測量法。20世紀(jì)以后，隨著飛機(jī)的發(fā)明，出現(xiàn)了 航空攝影測繪地圖的方法。人造衛(wèi)星升空后，衛(wèi)星定位技術(shù)(GPQ和遙感技術(shù)(舊)得以廣 泛應(yīng)用，它們與地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)合稱“3S技術(shù)”。目前，現(xiàn)有的測繪技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界任意的空間位置、角度、距離等信息進(jìn) 行測量。在進(jìn)行實(shí)地測繪時(shí)，測繪人員通常預(yù)先判斷需要對(duì)哪些數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，然后進(jìn)行場 景實(shí)測。如果需要對(duì)一些新位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，那么測量工作需要到實(shí)地進(jìn)行重測，工程 量較大、效率較低。因此，在測繪領(lǐng)域通常采用將真實(shí)的場景在三維空間中進(jìn)行建模的方法 將場景建模所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性采集，然后在三維空間將真實(shí)場景的地形地貌、樓宇 建筑等按照現(xiàn)實(shí)世界的尺寸進(jìn)行一定比例的縮放。當(dāng)需要對(duì)該處場景進(jìn)行測繪時(shí)，只需要 在已經(jīng)建立好的三維場景中進(jìn)行模擬測量，即可以得到真實(shí)場景的實(shí)際地理數(shù)據(jù)。采用這 種方法進(jìn)行場景測繪或者城市規(guī)劃測量，雖然很大限度的避免了重復(fù)性工作，使測繪工作 的效率得到了很大的提高，然而對(duì)于場景的一些細(xì)節(jié)的建模工作仍然十分的繁瑣。另外，由 于在三維場景中一些地理位置的細(xì)節(jié)信息(比如城市建筑上的窗體位置、路面上斑馬線位 置等)沒有被詳細(xì)標(biāo)定，人們無法精確得到這些未標(biāo)定位置的地理信息。全景實(shí)景圖像(Panoramic Image)是近十幾年發(fā)展起來的一種能夠再現(xiàn)真實(shí)場 景，采用基于圖像繪制技術(shù)(Image-Based Rendering)合成的360°全方位廣角圖像。全景 實(shí)景圖像能夠包含在拍攝視點(diǎn)位置場景的全部視覺信息，即場景中在整個(gè)三維空間上所有 可見的細(xì)節(jié)信息。由于利用全景實(shí)景圖像能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜場景的實(shí)時(shí)繪制和顯示，能夠?qū)?景的幾何特征建模問題轉(zhuǎn)化為更直接的場景圖像重建問題，使觀察者能夠獲得更直觀、更 真實(shí)的現(xiàn)場感和更完整的環(huán)境信息細(xì)節(jié)。因此，全景實(shí)景圖像通常被用來構(gòu)建具有高度真 實(shí)感和沉浸感的虛擬現(xiàn)實(shí)空間。為了實(shí)現(xiàn)利用少量實(shí)際測量得到的場景地理信息再現(xiàn)具有完整地理信息的場景 三維模型，需要將基于全景實(shí)景圖像建模技術(shù)與基于場景測繪的三維建模技術(shù)相結(jié)合。這 樣建立起的真實(shí)場景的三維空間模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間中任意可見位置進(jìn)行準(zhǔn)確測量。而目4前具備上述特性立體測量方法尚未報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無法精確得到未經(jīng)實(shí)際測量位置的地理信息等不足，本發(fā)明要解 決的技術(shù)問題是提供一種通過對(duì)少量現(xiàn)實(shí)場景地理信息的實(shí)際測量建立現(xiàn)實(shí)場景完整的 空間三維模型的全景實(shí)景立體測量方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明一種全景實(shí)景立體測量方法包括以下步驟采集全景實(shí)景圖像并記錄圖像采集點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建全景實(shí)景立體測量平臺(tái)；測量現(xiàn)實(shí)場景景物的輪廓數(shù)據(jù)以及地理信息，建立場景三維模型；將場景三維模型導(dǎo)入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)；有機(jī)融合場景三維模型和全景實(shí)景圖像，從而實(shí)現(xiàn)場景的立體測量。所述采集全景實(shí)景圖像并記錄圖像采集點(diǎn)的地理信息包括搭建數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，對(duì)全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；將每幀全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)與該幀所對(duì)應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)以連續(xù)方式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù) 采集存儲(chǔ)器并轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)管理器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中將所存儲(chǔ)的每幀圖 像數(shù)據(jù)的存盤路徑與該幀對(duì)應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)建立關(guān)系表并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫單元中。所述在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建全景實(shí)景立體測量平臺(tái)包括采用3D圖形程序接口建立三維空間，在該三維空間中創(chuàng)建全景實(shí)景顯示外幕；在上述三維空間中創(chuàng)建虛擬地面，并標(biāo)定用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及全景實(shí)景顯示 外幕之間位置關(guān)系；標(biāo)定三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸的轉(zhuǎn)換關(guān)系。所述在該三維空間中創(chuàng)建全景實(shí)景顯示外幕為首先繪制場景顯示外幕；然后將采集到的全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)利用3D圖形程序接 口紋理映射到場景顯示外幕，得到全景實(shí)景顯示外幕。所述標(biāo)定用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及全景實(shí)景顯示外幕之間位置關(guān)系為在已建好的虛擬地面上繪制平行直線，其延伸方向與全景實(shí)景顯示外幕上顯示的 全景實(shí)景圖像中景物的平行直線的延伸方向相一致；調(diào)節(jié)虛擬地面和用戶視點(diǎn)在三維空間中的高度，當(dāng)從用戶視點(diǎn)觀測虛擬地面上的 平行直線與全景實(shí)景顯示外幕上顯示的全景實(shí)景圖像中景物的平行直線相平行時(shí)，再進(jìn)一 步調(diào)節(jié)虛擬地面上平行直線之間的距離；當(dāng)虛擬地面上平行直線與全景實(shí)景圖像中景物的 平行直線完全重合時(shí)，則透視關(guān)系標(biāo)定完畢，從而確定用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及全景實(shí)景顯 示外幕之間位置關(guān)系。所述標(biāo)定三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括將用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及全景實(shí)景顯示外幕在三維空間中的相對(duì)高度固定，并 將用戶視點(diǎn)在三維空間的位置與全景實(shí)景顯示外幕之間的相對(duì)位置固定；測量現(xiàn)實(shí)世界中某景物的實(shí)際尺寸，并利用全景實(shí)景圖像與三維空間的透視關(guān)系 獲取該景物在三維空間中的尺寸，該景物的實(shí)際尺寸與其在三維空間中的尺寸的比例關(guān)系即為所構(gòu)建的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界的尺寸轉(zhuǎn)換關(guān)系。所述將場景三維模型導(dǎo)入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)包括將已經(jīng)建立好的場景三維模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)，得到場景三維模型的原始數(shù)據(jù)；將 這些原始數(shù)據(jù)利用程序接口讀入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)中的三維空間；將全景實(shí)景圖像 初始拍攝點(diǎn)在場景三維模型中所在的位置與三維空間中全景實(shí)景顯示外幕拍攝點(diǎn)在虛擬 地面上投影位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并調(diào)整場景三維模型在全景實(shí)景立體測量平臺(tái)三維空間中的方 向，使場景三維模型與全景實(shí)景顯示外幕上的圖像透視關(guān)系對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)場景三維模型的導(dǎo) 入。所述有機(jī)融合場景三維模型和全景實(shí)景圖像為將場景三維模型在全景實(shí)景立體測量平臺(tái)的三維空間中進(jìn)行透明化處理，使全景 實(shí)景圖像上的所有信息按照已經(jīng)標(biāo)定好的在三維空間中全景實(shí)景顯示外幕上所顯示圖像 與場景三維模型之間的透視關(guān)系，全部透射到場景三維模型的表面。所述場景的立體測量通過以下方法實(shí)現(xiàn)在創(chuàng)建好的三維空間里，拾取場景中景物上的點(diǎn)在三維空間中的坐標(biāo)；通過已經(jīng) 標(biāo)定好的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界之間地理信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到三維空間坐標(biāo)在現(xiàn)實(shí)世界中 的真實(shí)的地理信息數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)在建立好的虛擬環(huán)境中對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行模擬測繪。所述三維空間與現(xiàn)實(shí)世界之間地理信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過以下方法得到將全景實(shí)景圖像的初始拍攝點(diǎn)的實(shí)測地理信息數(shù)據(jù)作為全景實(shí)景立體測量平臺(tái) 三維空間顯示場景中的基準(zhǔn)點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)；通過三維空間中其他點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的 空間位置關(guān)系以及標(biāo)定好的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸轉(zhuǎn)換關(guān)系求得它們在現(xiàn)實(shí)世界中的 經(jīng)度、緯度及海拔高度。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用現(xiàn)有測繪技術(shù)在現(xiàn)實(shí)場景中測量場景外觀輪廓的地理信息并在三 維空間中進(jìn)行建模，將全景實(shí)景圖像中的場景細(xì)節(jié)信息透射到三維模型表面，實(shí)現(xiàn)了全景 實(shí)景圖像與基于場景測繪的三維模型相結(jié)合，從而使全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)對(duì)三維模型場景信 息進(jìn)行有效的補(bǔ)充，可以使用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)空間中任意可見位置進(jìn)行準(zhǔn)確測量。2.由于本發(fā)明采用將全景實(shí)景圖像與基于場景測繪的三維技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，既 能夠最大限度的減少實(shí)際測繪的工作量，又能夠?yàn)樾枰獙?duì)場景進(jìn)行實(shí)際測量的使用者提供 十分完備的場景地理信息，這種全景實(shí)景立體測量方法的提出為城市規(guī)劃、土地測量等需 要對(duì)場景進(jìn)行測繪的領(lǐng)域提供的一種新的、高效的解決途徑。3.本發(fā)明用戶界面簡潔友好，易于操作，信息量大。


圖1為本發(fā)明方法的架構(gòu)示意圖。圖2A為全景實(shí)景圖像與三維空間的透視關(guān)系標(biāo)定方法示意圖(一)。圖2B為全景實(shí)景圖像與三維空間的透視關(guān)系標(biāo)定方法示意圖(二)。圖3為全景實(shí)景圖像與場景三維模型透視關(guān)系對(duì)準(zhǔn)示意圖。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例以城市環(huán)境作為測繪場景，采用本發(fā)明全景實(shí)景立體測量方法對(duì)城市環(huán) 境進(jìn)行測繪。全景實(shí)景的立體測量方法包括以下步驟1.采集全景實(shí)景圖像并記錄圖像采集點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)如圖1所示，首先搭建數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，對(duì)全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)(包括 全景實(shí)景圖像采集點(diǎn)位置的經(jīng)度、緯度和海拔高度)進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)采集平臺(tái)由全景圖像 采集器、地理信息采集器(本實(shí)施例采用GPS系統(tǒng))、數(shù)據(jù)采集控制程序、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)器以 及地理信息測繪儀器(用于測繪場景建筑、景物輪廓數(shù)據(jù))組成。全景圖像采集器(如全 景攝像機(jī))負(fù)責(zé)采集全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)；地理信息采集器負(fù)責(zé)采集地理信息數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采 集控制程序使用兩個(gè)線程分別控制全景圖像采集器與地理信息采集器，并采用同一時(shí)鐘頻 率信號(hào)對(duì)二者進(jìn)行同步觸發(fā)，將每幀的全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)與該幀所對(duì)應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)以連續(xù) 方式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)器。將每幀全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)保存(比如存為JPEG格 式或BMP格式等，本實(shí)施例為JPEG圖像格式)，最后將采集到的全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)采 集存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)存于數(shù)據(jù)管理器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中；將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的每幀全景實(shí)景圖 像數(shù)據(jù)的存盤路徑與該幀對(duì)應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)建立關(guān)系表，將關(guān)系表存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)管理器的數(shù)據(jù) 庫單元中。于是，在數(shù)據(jù)庫單元中每幀全景實(shí)景圖像的存盤路徑與該幀全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù) 的GPS數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，通過每幀全景實(shí)景圖像的存盤路徑可以獲得該幀全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù) 及其對(duì)應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)。2.在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建全景實(shí)景立體測量平臺(tái)如圖1所示，全景實(shí)景立體測量平臺(tái)是利用OpenGL或Direct3D等3D圖形程序接 口(本實(shí)施例采用OpenGL圖形程序接口 )將三維空間在基于MFC的單文檔程序界面的客 戶區(qū)進(jìn)行顯示，在三維空間中構(gòu)建一個(gè)將全景實(shí)景圖像與場景測繪數(shù)據(jù)相結(jié)合的全景實(shí)景 立體測量平臺(tái)。(1)創(chuàng)建全景實(shí)景顯示外幕在已經(jīng)建立好的三維空間中繪制場景顯示外幕(本實(shí)施例的場景顯示外幕采用 球形場景顯示外幕)；將采集到的全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)利用3D圖形程序接口中的紋理映射方 法將全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)紋理映射到球形場景顯示外幕，得到球形全景實(shí)景顯示外幕；(2)創(chuàng)建虛擬地面，并標(biāo)定用戶視點(diǎn)、虛擬地面、球形全景實(shí)景顯示外幕之間位置關(guān)系。a.虛擬地面的創(chuàng)建在已經(jīng)構(gòu)建好的三維空間中建立虛擬地面。虛擬地面為一個(gè)不可見面，在整個(gè)三 維空間中作為與現(xiàn)實(shí)世界中相對(duì)應(yīng)的地面，用于承載通過測繪構(gòu)建的三維建筑物實(shí)體或其 他景物實(shí)體等。即將所有需要在三維空間中顯示的三維實(shí)體添加到虛擬地面上。b.用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及球形全景實(shí)景顯示外幕之間位置關(guān)系的標(biāo)定為了保證從用戶視點(diǎn)上觀測到的全景實(shí)景圖像上的細(xì)節(jié)信息能夠與通過測繪建 立好的場景三維模型完全對(duì)應(yīng)，需要將用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及球形全景實(shí)景顯示外幕之 間的位置關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定原則是保證在球形全景實(shí)景顯示外幕上顯示的全景實(shí)景圖像 與建立的三維空間的透視關(guān)系相一致。具體做法如下如圖2A、2B所示，在已經(jīng)建立好的虛擬地面2上繪制兩條平行直線6，其延伸的方向與球形全景實(shí)景顯示外幕3上顯示的全景實(shí)景圖像4中公路5兩側(cè)直線的延伸方向相一 致。設(shè)定球形全景實(shí)景顯示外幕3的球心位置在三維空間原點(diǎn)即坐標(biāo)(0，0，0)點(diǎn)所在的水 平面上。調(diào)節(jié)虛擬地面2和用戶視點(diǎn)1在三維空間中的高度。從用戶視點(diǎn)1上觀測虛擬地 面2上的兩條平行直線6與兩條公路5直線相平行，再進(jìn)一步調(diào)節(jié)虛擬地面2上兩條平行 直線6之間的距離，當(dāng)其與公路5的兩條直線在用戶視點(diǎn)1位置觀測結(jié)果為完全重合時(shí)，則 透視關(guān)系標(biāo)定完畢。虛擬地面2的位置以及用戶視點(diǎn)1的位置由此可以確定。(3)三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸轉(zhuǎn)換關(guān)系的標(biāo)定如圖2A、2B所示，在用戶視點(diǎn)1、虛擬地面2以及球形全景實(shí)景顯示外幕3之間位 置標(biāo)定完成之后，將這三者在三維空間中的相對(duì)高度固定，并將用戶視點(diǎn)1在三維空間的 位置與球形全景實(shí)景顯示外幕3之間的相對(duì)位置進(jìn)行固定。然后，測定用戶視點(diǎn)1到虛擬 地面2的垂直距離7。這個(gè)垂直距離7與在實(shí)際拍攝過程中全景攝像機(jī)主光軸與地面之間 實(shí)際距離的比例關(guān)系即為所構(gòu)建的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)際尺寸的轉(zhuǎn)換關(guān)系。利用這個(gè)轉(zhuǎn) 換關(guān)系就可以將三維空間的場景距離轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)際距離。3.測量現(xiàn)實(shí)場景建筑物的輪廓數(shù)據(jù)以及現(xiàn)實(shí)場景建筑物的實(shí)際分布位置，建立場 景三維模型采用地理信息測繪儀器(如3D激光掃描儀或全站儀等儀器，本實(shí)施例采用激光 全站儀)對(duì)所選定的城市場景進(jìn)行實(shí)地測繪。主要對(duì)現(xiàn)實(shí)場景建筑物的外形輪廓、各現(xiàn)實(shí) 場景建筑物之間的分布位置進(jìn)行測定。并采用三維建模軟件(如3Dmax、Maya等，本實(shí)施 例采用3DmaX)對(duì)測得的場景數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。建模尺寸按照已經(jīng)標(biāo)定好的三維空間與現(xiàn)實(shí) 世界的尺寸轉(zhuǎn)換關(guān)系確定，并標(biāo)定出全景實(shí)景圖像初始拍攝點(diǎn)在場景三維模型中所在的位 置，該位置用于與三維空間中球形全景實(shí)景顯示外幕拍攝點(diǎn)即球心在虛擬地面上投影位置 的對(duì)準(zhǔn)。4.將場景三維模型導(dǎo)入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)將建立好的場景三維模型導(dǎo)入創(chuàng)建好的全景實(shí)景立體測量平臺(tái)，具體導(dǎo)入方法如 下將已經(jīng)建立好的場景三維模型文件以如3ds、maX或ma等文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)，得到場景 三維模型的原始數(shù)據(jù)(這些原始數(shù)據(jù)包括場景三維模型在三維空間中的點(diǎn)和線的相對(duì)位 置)。將這些點(diǎn)和線等的原始數(shù)據(jù)利用程序接口讀入基于MFC單文檔程序創(chuàng)建的三維空間， 實(shí)現(xiàn)場景三維模型的導(dǎo)入；將全景實(shí)景圖像初始拍攝點(diǎn)在場景三維模型中所在的位置與三 維空間中球形全景實(shí)景顯示外幕3拍攝點(diǎn)即球心在虛擬地面2上投影位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并調(diào) 整場景三維模型在全景實(shí)景立體測量平臺(tái)三維空間中的方向，使場景三維模型與球形全景 實(shí)景顯示外幕3上的圖像透視關(guān)系對(duì)準(zhǔn)。5.全景實(shí)景立體測量平臺(tái)場景顯示的處理與立體測量的實(shí)現(xiàn)如圖3所示，由于將場景三維模型9與球形全景實(shí)景顯示外幕3上所顯示的全景 實(shí)景圖像1進(jìn)行了透視關(guān)系的對(duì)準(zhǔn)，會(huì)造成在用戶視點(diǎn)1觀察方向上場景三維模型9對(duì)全 景實(shí)景圖像4的遮擋，而導(dǎo)致全景實(shí)景圖像信息沒有被有效的利用。因此，本發(fā)明采用將場 景三維模型9全部透明化的方法，避免了對(duì)球形全景實(shí)景顯示外幕3上所顯示內(nèi)容(如場 景三維模型在全景實(shí)景圖像中對(duì)應(yīng)的景物8)的遮擋。按照已經(jīng)標(biāo)定好的在三維空間中球 形全景實(shí)景顯示外幕3上所顯示的全景實(shí)景圖像4與場景三維模型9之間的透視關(guān)系，全 景實(shí)景圖像4上的所有信息可以全部透射到場景三維模型9的表面，因而此時(shí)用戶所見的是全景實(shí)景圖像4的內(nèi)容，所測量到的則是這些全景實(shí)景圖像內(nèi)容對(duì)應(yīng)的場景三維模型所 在的三維空間位置，通過三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸轉(zhuǎn)換關(guān)系得到場景內(nèi)容實(shí)際地理信息數(shù) 據(jù)。測量的具體實(shí)現(xiàn)方法如下在利用全景實(shí)景圖像與場景三維模型相結(jié)合由3D圖形程序接口創(chuàng)建的三維空 間里，通過鼠標(biāo)點(diǎn)選的方法，拾取場景中三維建筑或其他景物上的點(diǎn)在三維空間中的坐標(biāo) (拾取方法由3D圖形程序接口實(shí)現(xiàn)，為現(xiàn)有技術(shù))。通過已經(jīng)標(biāo)定好的三維空間與現(xiàn)實(shí)世 界之間地理信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以得到三維空間坐標(biāo)在現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)的GPS數(shù)據(jù)。因此 可以在利用這些數(shù)據(jù)建立好的虛擬環(huán)境中對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行精確的模擬測繪。三維空間與現(xiàn)實(shí)世界之間地理信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系具體如下由于三維空間球形全景 實(shí)景顯示外幕球心位置對(duì)應(yīng)了一個(gè)由GPS系統(tǒng)實(shí)際測得的在現(xiàn)實(shí)世界拍攝地點(diǎn)的GPS數(shù)據(jù) (即該拍攝地點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔高度)，那么將全景實(shí)景圖像的初始拍攝點(diǎn)的實(shí)測GPS數(shù) 據(jù)作為全景實(shí)景立體測量平臺(tái)三維空間顯示場景中的基準(zhǔn)點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)；通過三維空 間中其他點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系以及標(biāo)定好的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸轉(zhuǎn)換 關(guān)系求得它們在現(xiàn)實(shí)世界中的經(jīng)度、緯度及海拔高度。
權(quán)利要求
1.一種全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于包括以下步驟 采集全景實(shí)景圖像并記錄圖像采集點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)； 在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建全景實(shí)景立體測量平臺(tái)；測量現(xiàn)實(shí)場景景物的輪廓數(shù)據(jù)以及地理信息，建立場景三維模型；將場景三維模型導(dǎo)入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)；有機(jī)融合場景三維模型和全景實(shí)景圖像，從而實(shí)現(xiàn)場景的立體測量。
2.按照權(quán)利要求1所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述采集全景實(shí)景圖 像并記錄圖像采集點(diǎn)的地理信息包括搭建數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，對(duì)全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集； 將每幀全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)與該幀所對(duì)應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)以連續(xù)方式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)采集 存儲(chǔ)器并轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)管理器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中將所存儲(chǔ)的每幀圖像數(shù) 據(jù)的存盤路徑與該幀對(duì)應(yīng)的地理信息數(shù)據(jù)建立關(guān)系表并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫單元中。
3.按照權(quán)利要求1所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建 全景實(shí)景立體測量平臺(tái)包括采用3D圖形程序接口建立三維空間，在該三維空間中創(chuàng)建全景實(shí)景顯示外幕； 在上述三維空間中創(chuàng)建虛擬地面，并標(biāo)定用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及全景實(shí)景顯示外幕 之間位置關(guān)系；標(biāo)定三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
4.按照權(quán)利要求3所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述在該三維空間中 創(chuàng)建全景實(shí)景顯示外幕為首先繪制場景顯示外幕；然后將采集到的全景實(shí)景圖像數(shù)據(jù)利用3D圖形程序接口紋 理映射到場景顯示外幕，得到全景實(shí)景顯示外幕。
5.按照權(quán)利要求3所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述標(biāo)定用戶視點(diǎn)、虛 擬地面以及全景實(shí)景顯示外幕之間位置關(guān)系為在已建好的虛擬地面上繪制平行直線，其延伸方向與全景實(shí)景顯示外幕上顯示的全景 實(shí)景圖像中景物的平行直線的延伸方向相一致；調(diào)節(jié)虛擬地面和用戶視點(diǎn)在三維空間中的高度，當(dāng)從用戶視點(diǎn)觀測虛擬地面上的平行 直線與全景實(shí)景顯示外幕上顯示的全景實(shí)景圖像中景物的平行直線相平行時(shí)，再進(jìn)一步調(diào) 節(jié)虛擬地面上平行直線之間的距離；當(dāng)虛擬地面上平行直線與全景實(shí)景圖像中景物的平行 直線完全重合時(shí)，則透視關(guān)系標(biāo)定完畢，從而確定用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及全景實(shí)景顯示外 幕之間位置關(guān)系。
6.按照權(quán)利要求3所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述標(biāo)定三維空間與 現(xiàn)實(shí)世界尺寸的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括將用戶視點(diǎn)、虛擬地面以及全景實(shí)景顯示外幕在三維空間中的相對(duì)高度固定，并將用 戶視點(diǎn)在三維空間的位置與全景實(shí)景顯示外幕之間的相對(duì)位置固定；測量現(xiàn)實(shí)世界中某景物的實(shí)際尺寸，并利用全景實(shí)景圖像與三維空間的透視關(guān)系獲取 該景物在三維空間中的尺寸，該景物的實(shí)際尺寸與其在三維空間中的尺寸的比例關(guān)系即為 所構(gòu)建的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界的尺寸轉(zhuǎn)換關(guān)系。
7.按照權(quán)利要求1所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述將場景三維模型導(dǎo)入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)包括將已經(jīng)建立好的場景三維模型文件進(jìn)行存儲(chǔ)，得到場景三維模型的原始數(shù)據(jù)；將這些 原始數(shù)據(jù)利用程序接口讀入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)中的三維空間；將全景實(shí)景圖像初始拍 攝點(diǎn)在場景三維模型中所在的位置與三維空間中全景實(shí)景顯示外幕拍攝點(diǎn)在虛擬地面上 投影位置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并調(diào)整場景三維模型在全景實(shí)景立體測量平臺(tái)三維空間中的方向，使 場景三維模型與全景實(shí)景顯示外幕上的圖像透視關(guān)系對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)場景三維模型的導(dǎo)入。
8.按照權(quán)利要求1所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述有機(jī)融合場景三 維模型和全景實(shí)景圖像為將場景三維模型在全景實(shí)景立體測量平臺(tái)的三維空間中進(jìn)行透明化處理，使全景實(shí)景 圖像上的所有信息按照已經(jīng)標(biāo)定好的在三維空間中全景實(shí)景顯示外幕上所顯示圖像與場 景三維模型之間的透視關(guān)系，全部透射到場景三維模型的表面。
9.按權(quán)利要求1所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述場景的立體測量通 過以下方法實(shí)現(xiàn)在創(chuàng)建好的三維空間里，拾取場景中景物上的點(diǎn)在三維空間中的坐標(biāo)；通過已經(jīng)標(biāo)定 好的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界之間地理信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到三維空間坐標(biāo)在現(xiàn)實(shí)世界中的真 實(shí)的地理信息數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)在建立好的虛擬環(huán)境中對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行模擬測繪。
10.按照權(quán)利要求9所述的全景實(shí)景立體測量方法，其特征在于所述三維空間與現(xiàn)實(shí) 世界之間地理信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過以下方法得到將全景實(shí)景圖像的初始拍攝點(diǎn)的實(shí)測地理信息數(shù)據(jù)作為全景實(shí)景立體測量平臺(tái)三維 空間顯示場景中的基準(zhǔn)點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)；通過三維空間中其他點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的空間 位置關(guān)系以及標(biāo)定好的三維空間與現(xiàn)實(shí)世界尺寸轉(zhuǎn)換關(guān)系求得它們在現(xiàn)實(shí)世界中的經(jīng)度、 緯度及海拔高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全景實(shí)景立體測量方法，包括以下步驟采集全景實(shí)景圖像并記錄圖像采集點(diǎn)的地理信息數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建全景實(shí)景立體測量平臺(tái)；測量現(xiàn)實(shí)場景景物的輪廓數(shù)據(jù)以及地理信息，建立場景三維模型；將場景三維模型導(dǎo)入全景實(shí)景立體測量平臺(tái)；有機(jī)融合場景三維模型和全景實(shí)景圖像，從而實(shí)現(xiàn)場景的立體測量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了全景實(shí)景圖像與基于場景測繪的三維建模技術(shù)相結(jié)合，使用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)空間中任意可見位置進(jìn)行準(zhǔn)確測量，該方法的提出為城市規(guī)劃、土地測量等需要對(duì)場景進(jìn)行測繪的領(lǐng)域提供的一種新的、高效的解決途徑。
文檔編號(hào)G06F17/30GK102052916SQ20091021961
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者佟國峰, 侯文博, 劉汀, 姜斌, 渠瀛, 薛秋艷 申請人:沈陽隆惠科技有限公司