一种三维地形可视化仿真建模方法技术

本发明专利技术公开了一种三维地形可视化仿真建模方法，涉及三维地形建模技术领域，包括以下步骤：获取遥感影像；提取遥感影像的高程坐标数据、灰度图和贴图；提取灰度图中多个像素点的灰度值，根据多个灰度值的权重对高程坐标数据中对应的多个高程值进行映射，得到多个映射结果；根据多个映射结果对遥感影像进行深度估计，得到地形形状轮廓；基于三角剖分方法将高程坐标数据动态构建为多个三角网面，通过多个三角网面构建网格；通过贴图对网格进行渲染；基于三维构建引擎将地形形状轮廓和渲染后的网格进行三维地形的动态构建。本发明专利技术将二维地表信息拓展到三维空间，适用于地形地表结构的同类型数据通用转化方案，实现三维地形数据的可视化。可视化。可视化。

【技术实现步骤摘要】
一种三维地形可视化仿真建模方法


[0001]本专利技术涉及三维地形建模
，特别是涉及一种三维地形可视化仿真建模方法。

技术介绍

[0002]地图一直是人们表达和传递地表信息的主要手段。地图所固有的抽象的、平面的表达方式已经远远不能满足人们的现实需要。地形数据是地形表面的数字化表达，三维地形的可视化使得地形信息的表达更容易被直观接受和获取。越来越多的人倾向于将二维数据进行三维可视化，从而降低数据的阅读难度，提升数据分析能效。
[0003]数据的获取和处理是三维地形可视化的第一步，除了通过传统的地质地理信息获取数据，也可以通过图像等方法进行三维模型构建。相比于其他数据，图形数据更能反映出物体的外观及形态等细节信息。同时随着科学技术的发展，各种硬件设备的改善能够支持获取各种格式、各种清晰度的图像，随着各种无人机和卫星技术的成熟，高分辨率的遥感影像在地理信息的研究中被广泛使用，除了能获取外观结构及纹理信息之外，还能获取到包含物体的位置关系、比例结构等。在卫星拍摄的遥感影像中，通过空间分辨率及相机参数，还可以提取出物体在实际空间中的坐标参数，通过这种方式可以更加快捷高效的构建地形数据。
[0004]在三维地形可视化仿真中，可视化的实现依托于三维模型建模技术，对于传统建模方式而言，通过实际环境中测量到的物体点、线、面等数据人工绘制进行环境信息还原，对于环境信息的细节则需要通过实地拍摄影像或者通过实际的建模经验制作贴图材质来模拟还原。但是对于大范围的地形环境，通过传统的人工建模方法来还原实际环境，在地形数据采集阶段就需要耗费大量的时间，并且真实的地形环境错综复杂，很难完整的获取其全部的地貌特征。其次，即使在获取地形数据的前提下，采用原始的建模方式进行还原也会存在较大难度，最后，地形环境并不是一成不变的，如果采用人工建模的方式所得到的模型复用性比较差，不适用于模型的多次修改。因此，在三维地形可视化方面，需要一种复用性高，更加方便高效、还原度高的建模方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种三维地形可视化仿真建模方法，针对目前三维地形模型可视化缺乏通用性、规范性、难以被人们理解的现状，将二维地表信息拓展到三维空间，实现三维地形数据的可视化。
[0006]本专利技术提供一种三维地形可视化仿真建模方法，包括以下步骤：
[0007]获取遥感影像；
[0008]提取遥感影像的高程坐标数据、灰度图和贴图；
[0009]提取灰度图中多个像素点的灰度值，根据多个灰度值的权重对高程坐标数据中对应的多个高程值进行映射，得到多个映射结果；
[0010]根据多个映射结果对遥感影像进行深度估计，得到地形形状轮廓；
[0011]基于三角剖分方法将高程坐标数据动态构建为多个三角网面，通过多个三角网面构建网格；
[0012]通过贴图对网格进行渲染；
[0013]基于三维构建引擎将地形形状轮廓和渲染后的网格进行三维地形的动态构建。
[0014]优选的，提取遥感影像的灰度图，包括以下步骤：
[0015]将.tif格式的遥感影像数据转换为.png格式的贴图图像；
[0016]将遥感影像的采样区域边界作为底层图像；
[0017]将底层图像的采样区域边界内部进行透明化处理，采样区域边界外部进行黑色化处理；
[0018]将处理后的底层图像与贴图图像进行叠加，得到叠加图像；
[0019]采用convert函数将叠加图像进行转换，得到灰度图。
[0020]优选的，通过下式对高程坐标数据中对应的多个高程值进行映射：
[0021][0022]式中，Elevation代表高程值，Height
range
代表高程约束条件，Gray
p
代表灰度值。
[0023]优选的，将高程坐标数据动态构建为多个三角网面之前，通过数字高程模型对高程坐标数据进行预处理，包括以下步骤：
[0024]将高程坐标数据按照通用坐标表形式存储高程点坐标值，得到高程坐标数据点集；
[0025]通过数据清洗技术将高程坐标数据点集中的经纬度坐标信息进行分割，得到经纬度坐标值；
[0026]通过高斯投影正算方法将经纬度坐标值转化为x、z坐标，得到坐标数据表格；
[0027]通过数据合并技术将高程信息作为y坐标数据合并至坐标数据表格。
[0028]优选的，所述数字高程模型的数学形式如下所示：
[0029]V
i
＝(X
i
,Y
i
,Z
i
)
[0030]式中，(X
i
,Y
i
)是二维坐标信息，Z
i
是(X
i
,Y
i
)相对应的高程值。
[0031]优选的，基于三角剖分方法将高程坐标数据动态构建为多个三角网面，包括以下步骤：
[0032]根据转换后的高程坐标点集确定第一三角形；
[0033]将转换后的高程坐标点集中的多个坐标点分别与第一三角形中的任意两个顶点连接构成多个第二三角形；
[0034]计算当前坐标点与对应的第二三角形外接圆外心的距离；
[0035]若当前坐标点与外心的距离小于外接圆的半径时，将当前坐标点构成的第二三角形进行删除；
[0036]若当前坐标点与外心的距离大于外接圆的半径时，将外接圆最右侧沿Z轴方向做切线，得到绝对右侧；
[0037]若当前坐标点位于绝对右侧的左侧时，删除该坐标点；若当前坐标点位于绝对右侧的右侧时，将当前坐标点构成的第二三角形保留；
[0038]遍历点集中的所有坐标点，删除第一三角形及与其顶点直接相连的边，得到高程点集的三角网面。
[0039]优选的，通过贴图对网格进行渲染，包括以下步骤：
[0040]创建用于存储贴图信息的UV数组，其中U是贴图水平方向上的坐标值，V是二维贴图数值方向上的坐标值；
[0041]通过UV数组中坐标值的定位将贴图与网格中的多个三角网面相对应；
[0042]将贴图动态传入网格渲染器MeshRenderer中实现渲染。
[0043]优选的，当遥感影像的像素点总数大于最大网格顶点数时，需对提取的灰度图进行分割重采样。
[0044]优选的，通过下式进行分割重采样：
[0045][0046][0047][0048]式中，Point
max
表示最大网格顶点数，Graywidth表示灰度图的水平方向分辨率，Grayheight表示灰度图的竖直方向分辨率，Meshsize表示网格顶点数。
[0049]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0050]本专利技术提出了一种三维地形可视化仿真建模方法，提取遥感影像的高程坐标数据、灰度图和贴图，通过灰度图得到地形形状轮廓，采用三角剖分的思路将高程坐标数据动态构建为多个三角网面，通过多个三角网面构建网格。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维地形可视化仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：获取遥感影像；提取遥感影像的高程坐标数据、灰度图和贴图；提取灰度图中多个像素点的灰度值，根据多个灰度值的权重对高程坐标数据中对应的多个高程值进行映射，得到多个映射结果；根据多个映射结果对遥感影像进行深度估计，得到地形形状轮廓；基于三角剖分方法将高程坐标数据动态构建为多个三角网面，通过多个三角网面构建网格；基于三维引擎通过贴图对网格进行渲染，将地形形状轮廓和渲染后的网格进行三维地形的动态构建。2.如权利要求1所述的一种三维地形可视化仿真建模方法，其特征在于，提取遥感影像的灰度图，包括以下步骤：将.tif格式的遥感影像数据转换为.png格式的贴图图像；将遥感影像的采样区域边界作为底层图像；将底层图像的采样区域边界内部进行透明化处理，采样区域边界外部进行黑色化处理；将处理后的底层图像与贴图图像进行叠加，得到叠加图像；采用convert函数将叠加图像进行转换，得到灰度图。3.如权利要求1所述的一种三维地形可视化仿真建模方法，其特征在于，通过下式对高程坐标数据中对应的多个高程值进行映射：式中，Elevation代表高程值，Height
range
代表高程约束条件，Gray
p
代表灰度值。4.如权利要求1所述的一种三维地形可视化仿真建模方法，其特征在于，将高程坐标数据动态构建为多个三角网面之前，通过数字高程模型对高程坐标数据进行预处理，包括以下步骤：将高程坐标数据按照通用坐标表形式存储高程点坐标值，得到高程坐标数据点集；通过数据清洗技术将高程坐标数据点集中的经纬度坐标信息进行分割，得到经纬度坐标值；通过高斯投影正算方法将经纬度坐标值转化为x、z坐标，得到坐标数据表格；通过数据合并技术将高程信息作为y坐标数据合并至坐标数据表格，得到数据转化后的高程坐标点集。5.如权利要求4所述的一种三维地形可视化仿真建模方法，其特征在于，所述数字高程模型的数学形式如下所示：V
i
＝(X
i
,Y
i
,Z
i
)式...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鑫，曹畅，王红梅，李菁菁，
申请(专利权)人：西安空天仿真科技有限公司，
类型：发明
国别省市：