一种新型城市三维建模控制系统及方法与流程

本发明属于三维建模技术领域，尤其涉及一种新型城市三维建模控制系统及方法。

背景技术：

使用高分辨率卫星影像的地图服务和超高速互联网传输已经广泛普及。此外，使用地面捕获图像的道路景观或街景式服务作为一种新型服务引起了人们的注意。使用卫星图像的地图服务可以在用户期望查看区域的卫星图像上标示建筑物或道路名称，因此有时候可以在给出来源和目的地之后搜索路径。此外，地图服务使得地面上的用户在相关区域拍摄的图像能够上传到服务器，并且即使使用地面图像也可以查看该区域的气象和卫星图像。与此同时，这样的地图服务还使得由用户亲自制作的三维模型被共享，从而能够在三维场景中观察相关区域。然而，使用卫星图像的地图服务的缺点在于，在某些区域卫星图像可能具有低分辨率，从而难以准确地识别某个区域并提供稍微单调的图像。相比之下，最近开始的道路景观或街景服务提供了通过使用主要安装在车辆上的全方位照相机获取图像的服务(如能够一次捕获360度视野的设备)，并且以图像的连续全景形式显示所获取的图像。因此，用户可以在某个环境中获取有关区域的信息，在该环境中，他(她)似乎在实际街道的位置观察周围区域。此外，这样的道路景观或街景服务使与卫星图像相关联的服务成为可能，因为相机与全球定位系统(gps)关联操作，使得在获取图像时知道捕获的位置。这些传统技术旨在提供二维平面信息。同时，已经广泛地进行了使用卫星图像或航空图像生成建筑物三维模型的研究。然而，由于建筑物在大多数图像中占据很小的部分，所以建筑物的准确性变差。此外，存在的问题在于，建筑物侧面的纹理在多数情况下没有标示，并且整体上质地较差。

综上所述，现有技术存在的问题是：由于建筑物在大多数图像中占据很小的部分，建筑物准确性变差；建筑物侧面的纹理在多数情况下没有标示，并且整体上质地较差。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型城市三维建模控制系统及方法。

本发明是这样实现的，一种新型城市三维建模控制系统，所述新型城市三维建模控制系统包括：

图像输入单元，与相机校准单元和纹理提取单元连接，用于接收存储在计算机中的建模区域空中和地面图像；

相机校准单元，与平移和旋转数据输入单元、建筑模型生成单元、建筑模型存储单元连接，在图像中提取特征点，并基于特征点建立图像之间的对应关系，根据对应关系计算相机的平移和旋转；根据平移和旋转数据输入单元输入的相机平移和旋转数据，校准图像输入单元输入的空中和地面图像；

平移和旋转数据输入单元，用于接收由拍摄装置在获取空中图像时姿态传感器记录的平移和旋转数据；

数字高程模型输入单元，与地形模型生成单元连接，用于接收建模区域的数字高程模型；

地形模型生成单元，用于将数字高程模型转换为三维网格，生成三维地形模型；

纹理提取单元，与地形模型生成单元、建筑模型生成单元连接，用于三维建筑模型纹理提取：根据三维建筑模型各个面与图像之间的对应关系，使用对应关系信息提取三维建筑各个面的纹理；三维地形模型纹理提取：根据三维地形网格和空中垂直图像的重合点，建立相互对应关系提取纹理；

建筑模型生成单元，用于通过图像之间的对应点，确定建筑物外墙上的大量三维坐标，通过三维坐标构建三维网格；

建筑模型存储单元，用于存储由建筑模型生成单元生成的三维建筑模型；

模型匹配单元，与地形模型生成单元、纹理提取单元、建筑模型生成单元、显示单元连接，用于通过使三维建筑模型网格底面上的顶点与对应地形纹理匹配，实现将三维建筑模型坐标系转化为数字高程模型的投影坐标系，生成三维地形模型与三维建筑模型相匹配的三维城市模型；

显示单元，用于在计算机屏幕上显示由建模单元生成的三维城市模型。

进一步，所述纹理提取单元中三维建筑模型各个面的图像被遮挡，使用临近图像进行纹理修复；三维地形模型纹理提取：根据三维地形网格和空中垂直图像的重合点，建立相互对应关系提取纹理。

进一步，所述建筑模型生成单元将三维网格中的平面、长方体用基本图形替换，生成粗略三维建筑模型；三维建筑模型通过空中图像进行三维建筑建模。

本发明的另一目的在于提供一种所述新型城市三维建模控制系统的新型城市三维建模方法，所述新型城市三维建模控制方法包括以下步骤：

步骤一，接收建模区域的数字高程模型(dem)，数字高程模型是一组有序数值阵列表示地面高程的实体地面模型，实现对建模区域地面地形的数字化模拟，数字高程模型可通过测量、航空航天摄影、地形图采集等方式获取；

步骤二，在数字高程模型中提取高程点，形成由高程点组成的地形表达，将高程点与相邻两个高程点连接，形成不规则三角形网，即三维网格。将三维格网进行晕眩填色，生成三维地形模型。通过多个相机影像间的同名点(即相邻影像重叠区域相同的点，亦称对应点)，计算相机的倾角、旋偏角等参数，利用计算参数对相机进行校正，使相机在拍摄照片时为理论状态。使用相机校正结果，对影像进行处理生成三维建筑模型；

步骤三，从输入的空中和地面图像提取相关三维建筑模型和地面模型的纹理；

步骤四，从输入的空中和地面图像提取相关三维建筑模型和地面模型的纹理；

步骤五，显示生成的城市三维模型。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述新型城市三维建模控制系统的计算机。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述新型城市三维建模控制系统的卫星。

本发明的优点及积极效果为：通过使用数字高程模型(dem)及从飞行器和地面获取的图像，对城市建筑的三维外观和三维地形进行建模，并且从图像中提取逼真的纹理；可以使用除了dem之外的在垂直方向和倾斜方向拍摄的空中图像生成三维建筑模型，并且提取相关三维模型的纹理，可以更加精细地模拟地面获取图像生成的三维模型，或者提取更高分辨率的纹理；实景三维模型，与实际空间环境完全相符；三维建模工作效率提高5倍；模型水平位置精度和垂直精度符合大比例尺地形图精度要求；模型纹理分辨率5cm。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型城市三维建模控制系统结构示意图；

图中：1、图像输入单元；2、相机校准单元；3、平移和旋转数据输入单元；4、数字高程模型输入单元；5、地形模型生成单元；6、纹理提取单元；7、建筑模型生成单元；8、建筑模型存储单元；9、模型匹配单元；10、显示单元。

图2是本发明实施例提供的新型城市三维建模方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的新型城市三维建模控制系统包括：图像输入单元1、相机校准单元2、平移和旋转数据输入单元3、数字高程模型输入单元4、地形模型生成单元5、纹理提取单元6、建筑模型生成单元7、建筑模型存储单元8、模型匹配单元9、显示单元10。

图像输入单元1，与相机校准单元2和纹理提取单元6连接，用于接收存储在计算机中的建模区域空中和地面图像。

相机校准单元2，与平移和旋转数据输入单元3、建筑模型生成单元7、建筑模型存储单元8连接，在图像中提取特征点，并基于特征点建立图像之间的对应关系，根据对应关系计算相机的平移和旋转；根据平移和旋转数据输入单元输入的相机平移和旋转数据，校准图像输入单元输入的空中和地面图像。

平移和旋转数据输入单元3，用于接收由拍摄装置在获取空中图像时姿态传感器记录的平移和旋转数据。

数字高程模型输入单元4，与地形模型生成单元5连接，用于接收建模区域的数字高程模型。

地形模型生成单元5，用于将数字高程模型转换为三维网格，从而生成三维地形模型。

纹理提取单元6，与地形模型生成单元5、建筑模型生成单元7连接，用于三维建筑模型纹理提取：根据三维建筑模型各个面与图像之间的对应关系，使用对应关系信息提取三维建筑各个面的纹理。如三维建筑模型各个面的图像被遮挡，这使用临近图像进行纹理修复；三维地形模型纹理提取：根据三维地形网格和空中垂直图像的重合点，建立相互对应关系提取纹理。

建筑模型生成单元7，用于通过图像之间的对应点，确定建筑物外墙上的大量三维坐标，通过三维坐标构建三维网格；将三维网格中的平面、长方体等用基本图形替换，生成粗略三维建筑模型；三维建筑模型主要通过空中图像进行三维建筑建模。

建筑模型存储单元8，用于存储由建筑模型生成单元生成的三维建筑模型。

模型匹配单元9，与地形模型生成单元5、纹理提取单元6、建筑模型生成单元7、显示单元10连接，用于通过使三维建筑模型网格底面上的顶点与对应地形纹理匹配，实现将三维建筑模型坐标系转化为数字高程模型的投影坐标系，从而生成三维地形模型与三维建筑模型相匹配的三维城市模型。

显示单元10，用于在计算机屏幕上显示由建模单元生成的三维城市模型。

如图2所示，本发明实施例提供的新型城市三维建模方法包括以下步骤：

步骤一，接收建模区域的数字高程模型(dem)，数字高程模型是一组有序数值阵列表示地面高程的实体地面模型，实现对建模区域地面地形的数字化模拟，数字高程模型可通过测量、航空航天摄影、地形图采集等方式获取；

步骤二，在数字高程模型中提取高程点，形成由高程点组成的地形表达，将高程点与相邻两个高程点连接，形成不规则三角形网，即三维网格。将三维格网进行晕眩填色，生成三维地形模型。通过多个相机影像间的同名点(即相邻影像重叠区域相同的点，亦称对应点)，计算相机的倾角、旋偏角等参数，利用计算参数对相机进行校正，使相机在拍摄照片时为理论状态。使用相机校正结果，对影像进行处理生成三维建筑模型；

步骤三，从输入的空中和地面图像提取相关三维建筑模型和地面模型的纹理；

步骤四，从输入的空中和地面图像提取相关三维建筑模型和地面模型的纹理；

步骤五，显示生成的城市三维模型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。