激光扫描数据的图像渲染制造技术

描述了一种对三维激光扫描数据(6)的图像进行渲染的方法。所述方法包括：将给定扫描的一组激光扫描数据提供为球面置换映射(18)；以及通过对所述球面置换映射采样来生成细分图案(71；图17)。图形处理单元可以生成所述细分图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于渲染激光扫描数据的图像的方法、以及用于渲染激光扫描数据的图像的系统。
技术介绍
能够使用三维激光扫描器来勘测诸如制炼厂、船舶或其他设施的环境。典型的扫描器包括激光测距仪，该激光测距仪能够测量扫描器与视野中表面上的点之间的距离。通过扫过视野(通常为横向360度、纵向接近180度)，扫描器能够捕获周围环境的一组测距(这里称为“激光扫描数据”)。这些测距能够用来生成三维空间中的一组点(通常称为“点云”)。在EP1176393A2中描述了点云的示例。能够在环境中的不同位置进行多个扫描，并且能够组合来自不同扫描的点云以产生覆盖更广区域的组合(或“聚合”)点云。在WO2004/003844A1中能够找到组合点云数据的示例。除了获取测距数据之外，扫描器还能够通过测量被反射激光的强度或使用照相机，来捕获周围环境的图像。一个或多个点云和图像能够用来使用点云观察器应用或三维计算机辅助设计(CAD)应用来形象化和/或分析环境。通常，这些应用分为两类，即利用来自单独扫描的点进行工作的应用、以及利用从多个扫描组合的点进行工作的应用。激光扫描的最简单应用之一为，显示通过单独扫描捕获的图像。因为来自激光扫描的图像为覆盖激光扫描器周围区域的球面，所以软件应用能够将图像映射到球体内部上。该应用能够将部分球体显示在计算机屏幕上。用户能够旋转视图，从而观察整个图像的各不同部分。该展示称为“气泡视图”。在气泡视图中，用户能够选择图像上的斑点，并使用用于该激光扫描的点云数据，取回该位置的三维坐标。通过选择两个点，用户能够测量距离。一种类型的应用能够覆盖气泡视图中的三维CAD模型。因为应用已知气泡视图中的点的三维位置，所以该应用能够将CAD模型的合适部分隐藏在气泡视图后面。当设计该设施的新区域时，该组合图像可能有用。气泡视图的吸引人的特征在于，看起来逼真。现实源自于在扫描器位置捕获的图像。然而，气泡视图的限制在于，仅能够针对激光扫描器所处的位置，产生气泡视图。用户能够选择气泡视图，并且旋转到左右或上下，但是该用户无法向前、向后、横向或纵向移动以从不同的视点观察环境。为了允许自由移动，一些软件应用利用来自多个扫描的组合点云进行工作。使用这种应用，用户选择设施内的位置和观察方向。然后，应用从用户的视角，在该位置周围显示组合点云中的各点。用户能够移动观察位置和方向，以从不同的视角观看点。一些应用能够在与组合点云相同的三维空间中显示CAD模型。然后，用户能够测量CAD模型中的位置与点云中的点之间的距离。用户还能够确定点云中的部分是否与CAD模型的部分交叉。尽管显示组合点云使得用户能够从多于一个视角观察各点，但是该方法可能具有一个或更多个缺点。显示单独的点导致了计算上的昂贵。在表现近距离的扫描表面时可能出现缝隙，因此难以辨别表面。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种对三维激光扫描数据的图像进行渲染的方法。所述方法包括：将给定扫描的一组激光扫描数据提供为球面置换映射；以及通过对所述球面置换映射采样来生成细分图案。所述方法包括使用所述细分图案来渲染所述图像。通过将给定扫描的激光扫描数据保存为一组点(与聚合多个扫描的激光扫描数据相反)，并且通过利用如下事实而能够有效地和/或快速地渲染激光扫描数据的图像：能够以图形系统能够直接处理的置换映射的形式来提供激光扫描数据。这在组合来自多个扫描的图像时尤其有益，这是因为能够独立地处理各扫描，并且能够容易地将来自不同扫描的图像组合到公共缓冲器中。这使得能够不仅对静止图像、而且对例如当用户“走过”环境时的运动图像进行有效/快速地渲染。所述给定扫描的所述一组激光扫描数据提供为所述球面置换映射可以包括：接收由给定位置处的激光扫描器生成的一组激光扫描数据；以及将给定方位角和给定仰角处的给定激光扫描点的测距值从所述激光扫描数据复制到与所述给定方位角和所述给定仰角相对应的纹素位置处的至少二维纹理(或更高维纹理)的对应纹素中。所述方法可以包括：图形处理单元(GPU)生成所述细分图案。然而，所述方法可以包括中央处理单元(CPU)生成所述细分图案。可以使用微软(RTM)DirectX(RTM)11(或更高版本)或OpenGL4.4(或更高版本)应用编程接口(API)来配置所述处理单元。所述方法还可以包括：识别所述球面置换映射中的邻近点之间的间断；以及标记所述邻近点。标记所述邻近点可以包括：将置换值设置为预先限定的数字，例如0或-1。所述方法还可以包括：取决于所述球面置换映射来生成法线映射。所述置换映射和法线映射可以被组合在一个纹理中。所述一个纹理可以包括至少四个通道。生成所述法线映射包括：计算所述球面置换映射中的各点的法线，并将所述法线存储在法线映射中。所述法线可以包括第一向量分量值、第二向量分量值和第三向量分量值。所述方法还可以包括：依赖于所述球面置换映射来生成混合纹理。所述混合纹理可以包括混合纹素的阵列，各混合纹素包括依赖于距间断的距离的值。所述方法还可以包括：生成给定扫描的补片映射，所述补片映射包括多个补片。所述补片映射可以包括多边形补片，各补片具有三个或更多个顶点。所述补片可以是相同形状。所述补片可以是相同大小的。所述补片可以是矩形。如果所述补片为矩形，则所述补片映射可以包括对顶点的位置。补片的位置、形状和/或大小可以依赖于球面置换映射中的间断。所述补片映射可以包括各补片的相对细分等级。所述方法可以包括：依赖于间断来设置给定补片的所述相对细分等级。所述方法可以包括基于横跨给定补片的法线变化，设置所述给定补片的所述相对细分等级。所述方法可以包括：依赖于给定补片的观察位置和/或能见距离，计算所述给定补片的绝对细分等级。所述方法还可以包括：确定形成所述细分图案中的三角形的一部分的顶点是否被标记为在间断上或与间断邻近；以及依赖于确定所述顶点无效，剔除(或“丢弃”)所述三角形。所述方法还可以包括：生成针对扫描的一组像素；以及进行深度测试。所述方法可以包括：依赖于像素的法线来对像素着色。所述方法可以包括：依赖于图像的相应部分中的强度和/或颜色来对像素着色。所述方法可以包括：提供多于一组的激光扫描数据，各组激光扫描数据与各自的扫描相对应。各组激光扫描数据被提供为各自的球面置换映射。所述方法可以包括：组合来自不同扫描的渲染图像。组合来自不同扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对三维激光扫描数据的图像进行渲染的方法，所述方法包括：将给定扫描的一组激光扫描数据提供为球面置换映射；以及通过对所述球面置换映射进行采样来生成细分图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.13 GB 1322113.01.一种对三维激光扫描数据的图像进行渲染的方法，所述方法包括：
将给定扫描的一组激光扫描数据提供为球面置换映射；以及
通过对所述球面置换映射进行采样来生成细分图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述给定扫描的所述一组激光扫
描数据提供为所述球面置换映射包括：
接收由给定位置处的激光扫描器生成的一组激光扫描数据；以及
将给定方位角和给定仰角处的给定激光扫描点的测距值从所述激光扫描数
据复制到与所述给定方位角和所述给定仰角相对应的纹素位置处的至少二维纹
理的对应纹素中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括：
图形处理单元生成所述细分图案。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
识别所述球面置换映射中的邻近点之间的间断；以及
标记所述邻近点。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
依赖于所述球面置换映射来生成法线映射。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，生成所述法线映射包括：
计算所述球面置换映射中的各点的法线，并将所述法线存储在法线映射中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
依赖于所述球面置换映射来生成混合纹理。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿伦·弗里德曼，保罗·埃尔顿，
申请(专利权)人：艾维解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB