基于ArcGIS的三维激光点云渲染方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法，处理步骤为：(1)基于ArcGIS利用ArcObjects进行二次开发，扩展自定义图层，来管理点云数据；(2)创建点云自定义图层时，加载点云数据，点和其渲染颜色建立索引，通过点云的数据范围设置图层的数据范围；(3)设置自定义点云图层的渲染方式；(4)绘制图层时，根据点云的渲染方式，对点云进行着色。本发明技术可以在ArcGIS中扩展自定义图层对三维激光点云数据进行管理，在ArcMap地图中浏览点云，同时根据高程、循环色带、RGB及强度对点云进行渲染绘制，并可加入透明度信息，从而有效提高点云的识别度，辅助数字测图。
【专利说明】基于ArcGIS的三维激光点云渲染方法
【技术领域】
[0001]本文发明涉及到一种基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法，属于地理信息领域和三维激光【技术领域】。
【背景技术】
[0002]传统的测绘数据都是进行单点采集的，随着三维激光扫描仪应用到测绘行业中，其为数字测图提供了一种高时空分辨率并且连续的高精度数据源。ArcGIS是专业的数字测图软件，如果能扩展ArcGIS的数据图层来管理三维激光点云，并把该图层作为数字测图底图，在ArcGIS中利用三维激光点云进行数字测图，可以有效地提高数字测图效率。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是在ArcGIS中扩展自定义图层，来管理三维激光点云数据，在ArcMap地图中浏览点云，可根据高程、循环色带、RGB及强度对点云进行渲染绘制，在点云渲染过程中可加入透明度信息，提高点云的识别度，辅助数字测图。
[0004]为实现上述目的，首先使用车载(或者背包)三维激光测量系统采集数据，车载(或者背包)三维激光测量系统一般包括惯性导航頂U、GPS、三维激光扫描仪、全景相机、等，采集数据包括POS轨迹线、三维激光点云、全景影像及其位置姿态。在车辆(或者测量员)采集数据过程中，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS与惯性导航IMU构成的POS系统用于获取位置姿态信息、全景相机用于采集全景影像，扫描仪和全景相机相对于POS系统的位置和姿态是出厂时检校好的固定参数。
[0005]处理步骤:
[0006]步骤1、基于ArcGIS利用ArcObjects进行二次开发,扩展自定义图层,来管理点云数据；
[0007]步骤2、创建点云自定义图层时，加载点云数据，点和其渲染颜色建立索引，通过点云的数据范围设置图层的数据范围；
[0008]步骤3、设置自定义点云图层的渲染方式；
[0009]步骤4、绘制图层时，根据点云的渲染方式，对点云进行着色。
[0010]4.1构造一个渐变色带条，用以点云渲染时取色；
[0011]4.2统计出点云平稳高程最小值和平稳高程最大值，统计出点云平稳强度最小值和平稳强度最大值；
[0012]4.3按高程和按循环色带渲染，根据高程信息来取颜色条中的色彩；按强度信息渲染通过强度信息获取颜色的透明度，RGB颜色分量信息通过透明度设置；
[0013]4.4按RGB渲染时直接根据点云RGB信息进行渲染；
[0014]4.5按高程和按循环色带渲染时，可以把透明度加入到RGB颜色分量中进行渲染。
[0015]本发明具有如下优点:
[0016]1、数据来源为车载(或者背包式)移动测量系统所采集的点云数据，全天侯工作提供不间断数据，可以快速进行数据更新。
[0017]2、可以在ArcMap完成海量点云数据渲染，提高点云捕捉时的测图精度。
[0018]3、在ArcMap中实现点云数据的渲染，提供不同的点云渲染方式，用于提高点云的可识别性，利于用户测图。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明基于ArcGIS的三维激光点云渲染方法操作流程图。
[0020]图2三维激光点云在ArcMap中按高程渲染效果图。
[0021]图3三维激光点云在ArcMap中按循环色带渲染效果图。
[0022]图4三维激光点云在ArcMap中按强度渲染效果图。
[0023]图5三维激光点云在ArcMap中按RGB渲染效果图。
【具体实施方式】
[0024]点云数据:按扫描顺序以圈存储，文件头包含数据基本信息和圈索引数据。
[0025]步骤1:扩展ArcGIS自定义图层，用于管理点云数据，每一个点云图层关联一个点云对象。在ArcMap中加载点云数据时,仓Il建点云图层；
[0026]步骤2:构造一个颜色带条Color Ramp,分10个渐变色带,可以获取特定颜色带一定比例的颜色值；
[0027]步骤3:遍历点云所有点，取得点云Z坐标的最大值MaxZ和最小值MinZ。为了使点云按高程和循环色带渲染时颜色保持平稳，统计高程时需要剔除一些高程特别大或特别小的点。具体流程是把点云高程统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0，999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对高程小的和高程大的点进行过滤，最后统计出新的点云高程平稳最大值MaxHZ和平稳最小值MinHZ;
[0028]步骤4:遍历点云所有点，取得点云强度的最大值MaxI和最小值Mini。为了使点云按强度渲染时颜色保持平稳，统计强度时需要剔除一些强度特别大或特别小的点。具体流程是把点云强度统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0，999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对强度低点和高点进行过滤，最后统计出新的点云强度平稳最大值MaxHI和平稳最小值MinHI ；
[0029]步骤5:点云按高程渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的Z坐标和MinHZ的差值，求取该点在色带条的色带及在该色带上的颜色比例值，进而取出颜色；
[0030]步骤6:点云按循环色带渲染时，首先设置循环步长S，遍历需要渲染的点，点Z坐标减去MinHZ得到D，D对循环步长S求模得到M，D对S求余得到L，为保证循环渲染时色彩的对称性，对M为奇数的点进行标记，S减去M得到相对循环距离DD，然后根据DD求出在色带条中的颜色带及该色带的比例值，进而取出颜色；
[0031]步骤7:点云按强度渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的强度值和MinHI的差值，求取点的透明度L，然后确保渲染时色彩不至于太暗或太亮，使L在区间[0.1，0.95]中，最后根据L求取RGB颜色分量；
[0032]步骤8:点云按RGB渲染时，直接读取点云自身的颜色；
[0033]步骤9 ;由于用⑶I绘制点时，无法传入透明度信息，在按高程渲染和循环色带渲染时，可以先把从色带条获取的RGB颜色信息转为HSV格式的颜色信息，然后把透明度信息加入到HSV信息中，再把HSV转为RGB ；
[0034]步骤10:在ILayer的Draw接口中用⑶I绘制点云。
【权利要求】
1.一种基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法，首先，使用车载(或者背包)三维激光测量系统进行采集数据，车载(背包)三维激光移动测量系统集成部件包括三维激光扫描仪、GPS导航仪、惯性制导系统和全景相机，采集数据过程在车辆(或者作业人员)行进中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；点云数据按照圈索引进行组织，以获取每一圈扫描圈的三维坐标点集；然后按如下步骤操作: 步骤1、扩展ArcGIS自定义图层，用于管理点云数据，每一个点云图层关联一个点云对象。在ArcMap中加载点云数据时,仓Il建点云图层； 步骤2、构造一个颜色带条Color Ramp,分10个渐变色带,可以获取特定颜色带一定比例的颜色值； 步骤3、遍历点云所有点，统计出点云高程平稳最大值MaxHZ和平稳最小值MinHZ ；步骤4、遍历点云所有点，统 计出点云强度平稳最大值MaxHI和平稳最小值MinHI ；步骤5、点云按高程渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的Z坐标和MinHZ的差值，求取改点在色带条的色带及在该色带上的颜色比例值，进而取出颜色； 步骤6、点云按循环色带渲染时，根据循环步长及点的Z值和点云平稳最大值MaxHZ的差值，求出在色带条中的颜色带及该色带的比例值，进而取出颜色； 步骤7、点云按强度渲染时，遍历需要渲染的点，利用点的强度值和MinHI的差值，求取点的透明度L，然后确保渲染时不至于色彩不至于太暗或太亮，使L在区间[0.1，0.95]中，最后根据L求取RGB颜色分量； 步骤8、点云按RGB渲染时，直接读取点云自身的颜色； 步骤9、在按高程渲染和循环色带渲染时，可以加入透明度信息； 步骤10在ILayer的Draw接口中用⑶I绘制点云。
2.根据权利要求1所述的基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法,其特征在于:步骤3中所述的遍历点云所有点，取得点云Z坐标的最大值MaxZ和最小值MinZ。为了使点云按高程和循环色带渲染时颜色保持平稳，统计高程时需要剔除一些高程特别大或特别小的点。具体流程是把点云高程统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0，999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对高程小的和高程大的点进行过滤，最后统计出新的点云高程平稳最大值MaxHZ和平稳最小值MinHZ。
3.根据权利要求1所述的基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法,其特征在于:步骤4中所述的遍历点云所有点，取得点云强度的最大值MaxI和最小值Mini。为了使点云按强度渲染时颜色保持平稳，统计强度时需要剔除一些强度特别大或特别小的点。具体流程是把点云强度统计分布范围映射到[0，999]区间，然后设定一个点云点数的百分比阈值f，对分布在[0，999]区间的点数进行累加统计，以f为阈值对强度低点和高点进行过滤，最后统计出新的点云强度平稳最大值MaxHI和平稳最小值MinHI。
4.根据权利要求1所述的基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法,其特征在于:步骤6中所述的点云按循环色带渲染时，首先设置循环步长S，遍历需要渲染的点，点Z坐标减去MinHZ得到D，D对循环步长S求模得到M，D对S求余得到L，为保证循环渲染时色彩的对称性对M为奇数的点进行标记，S减去M得到相对循环距离DD，然后根据DD求出在色带条中的颜色带及该色带的比例值，进而取出颜色。
5.根据权利要求1所述的基于ArcGIS对三维激光点云进行渲染的方法,其特征在于:步骤9中所述的由于用GDI绘制点时，无法传入透明度信息，在按高程渲染和循环色带渲染时，可以先把从色带条获取的RGB颜色信息转为HSV格式的颜色信息，然后把透明度信息加入到HSV信息中，再把HSV转为 RGB。
【文档编号】G06T19/20GK103955966SQ201410196840
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】蔡红云, 余建伟, 龚书林, 杨晶, 刘守军 申请人:武汉海达数云技术有限公司