【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及三維環(huán)境建模，特別是指一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法。
技術(shù)介紹
1、三維景觀重建技術(shù)在城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、文化遺產(chǎn)保護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，通過將二維圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維模型，這些技術(shù)為研究者和工程師提供了更加直觀和準(zhǔn)確的分析工具。然而，現(xiàn)有的三維景觀重建技術(shù)在應(yīng)用過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是在多視角攝影測量領(lǐng)域，存在多個技術(shù)問題亟待解決。
2、首先，數(shù)據(jù)融合與精度問題是當(dāng)前三維重建技術(shù)中面臨的主要挑戰(zhàn)之一。多視角攝影測量依賴從不同角度采集的大量圖像數(shù)據(jù)，由于視角、光照、分辨率等因素的差異，圖像間往往存在顯著的畸變和差異。現(xiàn)有技術(shù)在進(jìn)行特征點(diǎn)匹配和三維點(diǎn)云生成時，常常因?yàn)檫@些差異導(dǎo)致精度不足，最終生成的三維模型可能存在扭曲、不準(zhǔn)確或不完整的情況。此外，在處理復(fù)雜場景時，如建筑物的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)或植被的繁茂區(qū)域，這種不精確的問題會更加突出，嚴(yán)重影響模型的應(yīng)用價值。
3、其次，計(jì)算效率問題也是當(dāng)前技術(shù)難以突破的瓶頸之一。多視角攝影測量的處理流程，包括特征點(diǎn)的提取、匹配、三維點(diǎn)云的生成和三維模型的構(gòu)建，均為計(jì)算密集型任務(wù)，尤其在大規(guī)模場景中，處理大量的圖像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要消耗大量的計(jì)算資源和時間。現(xiàn)有的計(jì)算方法和算法優(yōu)化不足，導(dǎo)致重建過程的時間成本過高，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中對實(shí)時性和高效性的需求。這一問題在城市大規(guī)模景觀、復(fù)雜地形或?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測等場景中表現(xiàn)得尤為明顯。
4、此外，模型細(xì)節(jié)不足的問題也影響了三維景觀重建技術(shù)的應(yīng)用效果。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于受到計(jì)算能力和算法精度的限制，
5、最后，多視角數(shù)據(jù)的處理難度也是現(xiàn)有技術(shù)中的一大挑戰(zhàn)。多視角圖像的融合過程中，必須處理好遮擋、重疊區(qū)域、視角差異等問題，確保生成的三維模型在視覺上和幾何上都具有一致性。然而，當(dāng)前的方法在處理這些問題時常常力不從心，生成的模型可能會出現(xiàn)不連貫或不自然的現(xiàn)象，影響最終的展示效果。
6、綜上所述，盡管多視角攝影測量技術(shù)為三維景觀重建提供了一種有效的手段，但其在數(shù)據(jù)融合、計(jì)算效率、模型細(xì)節(jié)和多視角處理等方面仍存在明顯的不足。隨著應(yīng)用需求的不斷增長，亟需對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，以克服這些挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)更高效、更精確的三維景觀重建。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)融合與精度不足、計(jì)算效率低、模型細(xì)節(jié)不足以及多視角數(shù)據(jù)處理難度大的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法。
2、本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案如下：
3、本專利技術(shù)提供的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，包括：
4、s1、通過高精度傳感器采集原始數(shù)據(jù)得到初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)集d，所述高精度傳感器包括激光雷達(dá)和立體相機(jī)，所述原始數(shù)據(jù)包括地形、建筑物和植被；
5、s2、對點(diǎn)云數(shù)據(jù)集d進(jìn)行降噪和濾波處理，得到凈化后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)d'，降噪處理使用如下公式：
6、
7、其中，α為調(diào)整系數(shù)，di為噪聲點(diǎn)的坐標(biāo)，n為噪聲點(diǎn)數(shù)量；
8、s3、通過delaunay三角化對凈化后的點(diǎn)云進(jìn)行三維模型的生成，得到三角網(wǎng)格m：
9、m＝del(d')
10、其中，del(d')表示對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行delaunay三角化處理；
11、s4、在三維模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行光照和材質(zhì)的實(shí)時渲染，光照模型采用以下公式計(jì)算：
12、i＝ia+id·(n·l)+is·(r·v)n
13、其中，i為像素點(diǎn)的最終光照強(qiáng)度，ia為環(huán)境光強(qiáng)度，id為漫反射光強(qiáng)度，is為鏡面反射光強(qiáng)度，n為法向量，l為光源方向向量，r為反射向量，v為視線向量，n為鏡面反射指數(shù)；
14、s5、使用基于物理的渲染技術(shù)，材質(zhì)反射率的計(jì)算公式為：
15、r＝f0+(1-f0)·(1-cosθ)5
16、其中，r為反射率，f0為材料固有反射率，θ為光線射入角；
17、s6、將三維模型和gis系統(tǒng)中的地理數(shù)據(jù)g集成，生成高程模型z(x,y)：
18、
19、其中，為差值權(quán)重，di為點(diǎn)(x,y)和第i個已知點(diǎn)之間的距離，p為距離指數(shù)，zi為已知點(diǎn)的高程；
20、s7、通過gis數(shù)據(jù)分析景觀區(qū)域的特征，所述特征包括坡度s和方位角a：
21、
22、其中，和為高程的方向?qū)?shù)；
23、s8、基于用戶輸入調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，并實(shí)時反饋更新后的設(shè)計(jì)效果，設(shè)定視圖矩陣v的更新公式為：
24、v＝c·w
25、其中，c為攝像機(jī)矩陣，w為世界矩陣；
26、s9、為提升計(jì)算效率，在不同視角下采用多尺度渲染策略，計(jì)算可見性的公式為：
27、
28、其中，vij為像素點(diǎn)i和j之間的可見性，dij為兩點(diǎn)間距離，k為平滑系數(shù)，d0為閾值距離。
29、本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：
30、(1)在本專利技術(shù)中，通過優(yōu)化多視角攝影測量中的特征匹配和點(diǎn)云生成過程，有效克服了傳統(tǒng)技術(shù)中因視角差異、光照變化等因素導(dǎo)致的精度不足問題，通過引入自適應(yīng)濾波和多尺度渲染策略，本方法能夠在復(fù)雜場景中精確還原景觀的細(xì)節(jié)，如建筑物的精細(xì)結(jié)構(gòu)和自然景觀中的細(xì)微變化，顯著提升了三維模型的精度與細(xì)節(jié)表現(xiàn)，確保重建結(jié)果更加真實(shí)和逼真；
31、(2)在本專利技術(shù)中，通過引入多視角數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化算法和層次細(xì)節(jié)(lod)調(diào)整策略，減少了計(jì)算過程中的冗余操作和計(jì)算資源的消耗，相比現(xiàn)有技術(shù)，本方法能夠在處理大規(guī)模場景時大幅縮短重建時間，實(shí)現(xiàn)更高效的三維景觀重建，同時，本方法還針對動態(tài)場景進(jìn)行了實(shí)時性優(yōu)化，能夠滿足實(shí)時更新和快速響應(yīng)的需求，為大規(guī)模場景的快速重建提供了技術(shù)支持；
32、(3)在本專利技術(shù)中，在多視角圖像數(shù)據(jù)的融合過程中，通過改進(jìn)的光照模型、材質(zhì)渲染技術(shù)以及視角切換的平滑過渡策略，有效解決了多視角數(shù)據(jù)融合中的遮擋、重疊區(qū)域處理和視角差異等問題，生成的三維模型不僅在視覺效果上更加連貫和自然，而且在幾何一致性上也得到了顯著提升，適用于城市規(guī)劃、環(huán)境分析、文化遺產(chǎn)保護(hù)等多個領(lǐng)域，極大地?cái)U(kuò)展了三維景觀重建技術(shù)的應(yīng)用范圍和價值。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述S2具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述S3具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述S4具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述光源方向向量具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述S5具體包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述S6具體包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述S7具體包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述S8具體包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述s2具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述s3具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述s4具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多視角攝影測量的三維景觀重建方法，其特征在于，所述光源方向向量具體包括：
6.根...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧群，茹家燁，吳恬璇，李卓倫，葛佳儀，
申請(專利權(quán))人：浙江理工大學(xué)科技與藝術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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