专利名称：一种三维优化选线系统及其立体场景创建漫游方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法、一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置以及一种三维优化选线系统。
背景技术：
现有的三维展现技术在电力选线中的运用仅仅只是对三维地形的一个简单模拟。 现有技术中的三维展现技术，只是通过数字高程模型模拟出山体等地形特征，其只能模拟出线路在地形中的走向特征，无法再现地物特征。此外，应用现有技术中的三维模型，一般只支持沿线路飞行的巡线功能，视角与飞行路径只能根据当前线路来确定，模拟的人眼位置只能在线路方向上，视角局限在线路的周围，无法人为制定飞行方向和飞行位置，对整体环境的把握不够，不能自由的进行三维空间漫游，造成了对电力选线的限制。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法、三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置以及一种三维优化选线系统，其可以支持三维场景的任意角度的查看。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法，包括步骤根据数字高程模型文件上规则网格点的三维坐标创建地形模型；根据杆塔图形中杆塔上的各点的三维坐标创建杆塔的三维模型，根据塔位的旋转角计算杆塔的各点在所述地形模型所在三维场景中的坐标，并在所述地形模型所在三维场景中绘制杆塔的各坐标点；根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对重建三维场景中的空间景物立体视觉，进行三维漫游。一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置，包括地形模型创建单元，用于根据数字高程模型文件上规则网格点的三维坐标创建地形模型；杆塔绘制单元，用于根据杆塔图形中杆塔上的各点的三维坐标创建杆塔的三维模型，根据塔位的旋转角计算杆塔的各点在三维场景中的坐标，并在所述地形模型所在的三维场景中绘制杆塔的各坐标点；三维视觉显示漫游单元，用于根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对重建三维场景中的空间景物立体视觉，进行三维漫游。一种三维优化选线系统，包括如上所述的三维优化选线系统的立体场景创建漫游
直ο根据上述本发明的方案，其在根据数字高程模型模拟出地形模型之后，在地形模型所在的三维场景中实现对杆塔的模拟，并根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对产生视觉差，重建空间景物立体视觉，实现三维漫游，从而，在该三维场景中进行漫游时，可以依据人造立体视觉原理，对整体环境进行把握，可以多角度、多景深地自由漫游，支持三维场景的任意角度的查看，为优化电力选线提供了很好的支持。
图1是本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法实施例的流程示意图；图2是人造立体视觉原理示意图；图3是本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置实施例的结构示意图。
具体实施例方式以下就其中的较佳实施例对本发明方案进行详细阐述。参见图1所示，是本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法实施例的流程示意图，其包括步骤步骤SlOl 根据数字高程模型文件上规则网格点的三维坐标创建地形模型，进入步骤S102 ；步骤S102 根据杆塔图形中杆塔上的各点的三维坐标创建杆塔的三维模型，根据塔位的旋转角计算杆塔的各点在所述地形模型所在三维场景中的坐标，并在所述地形模型所在三维场景中绘制杆塔的各坐标点，进入步骤S103 ；步骤S103 根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对产生生理视差，重建三维场景中的空间景物立体视觉，进行三维漫游。根据本实施例中的方案，其在根据数字高程模型模拟出地形模型之后，在地形模型所在的三维场景中实现对杆塔的模型，且在进行三维场景漫游时，是根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对产生视觉差，重建空间景物立体视觉，从而，在该三维场景中进行漫游时，可以依据人造立体视觉原理对整体环境进行把握，可以多角度、多景深地自由漫游，支持三维场景的任意角度的查看，为电力选线的优化提供支持。上述步骤SlOl中创建地形模型时，是根据数字高程模型文件规则格网点的三维坐标(X，1，ζ)创建出高低起伏的地形模型，可以模拟出山体等地形特征，具体的地形模型的创建方式可以是采用现有技术中已有的方式，在此不予赘述。在上述步骤S102对杆塔进行模拟时，其中一个具体的实现方式，可以是严格按照杆塔的CAD图形，根据CAD图形中杆塔上每个点的三维坐标创建杆塔的三维模型，然后根据塔位的旋转角计算出塔的每个点在地形模型所在三维场景中的坐标，在该三维场景中绘制塔的各点，从而实现对塔的模拟。随后，即可根据人造立体视觉的原理，通过左右立体像对产生生理视差，重建空间景物立体视觉，实现真三维显示，进行三维漫游。图2中示出了人造立体视觉的原理示意图。当我们用双眼观察空间远近不同的景物A、B时，两眼产生生理视差，获得立体视觉，从而可以判断景物的远近。如果此时我们在双眼前各放一块玻璃片，如图2中所示的P和P’，则Α、Β两点在玻璃片P和P’中分别得到影像a、b和a’、b’。若玻璃上有感光材料，影像就会分别记录在P和P’片上。当移开实物后，两眼分别观看各自玻璃片上的构像，仍能看到与实物一样的空间景物A和B，这就是空间景物在人眼网膜窝上产生生理视差的人眼立体视觉效应。其过程为空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的像片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉。这样的立体感觉称为人造立体视觉。在本发明方案创建的三维场景中应用人造立体视觉原理，不仅可以支持线路巡线，还能够支持自由漫游，即可以通过调整像点、相机点、人眼3点的位置来实现三维场景的360度全方位显示。其中，像点位置为影像上某一点的地面三维坐标(x、y、z)，相机点位置为相机焦点的三维坐标(χ、1、ζ)，人眼位置为模拟的人眼的三维坐标(χ、y、ζ)。以下就对通过调整像点、相机点、人眼3点的位置实现三维场景的360度全方位显示的示例进行说明其中一个示例中，可以通过调节左右影像的相对位置，修改影像相对于人眼的左右视差大小，可实现三维场景的立体效果；在另外一种示例中，可以保持三维场景中相机点、人眼的位置坐标不变，通过修改像点的三维坐标来控制人眼的可视范围。当像点远离相机点时，可视范围变大，影像缩小， 可以模拟人眼远离场景；同样当像点靠近相机点时，可视范围变小，影像放大，可以模拟人眼靠近场景，以此实现影像缩放的效果；在另外一种示例中，可以通过保持三维场景中像点的位置坐标不变，修改模拟的人眼的三维坐标可实现围绕某一位置旋转查看的效果；在另外一种示例中，可以通过保持三维场景中人眼的位置坐标不变，调节像点的三维坐标，从而可实现人眼环视四周的效果。从而，通过修改像点坐标、人眼位置的坐标、相机点坐标实现了三维大场景内的任意角度的查看，真正做到了自由漫游。此外，在上面创建三维场景的过程中，仅仅只是通过数字高程模型模拟出了山体等地形特征，对地表的地物要素，例如房屋、植被、河流、道路、交叉跨越电力线等没有体现， 在所创建的三维场景中进行三维漫游时，无法真实地展现地物要素等信息，也无法模拟出真实的竣工场景。因此，本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法，在上述步骤 SlOl的创建地形模型之后、步骤S102的创建杆塔的三维模型之前，还包括步骤步骤S1012 将正射影像上对应坐标处的RGB值叠加到所述地形模型上的对应点。在通过航空摄影或由卫星传感器获取地面影像时，由于在摄影瞬间无法保证摄影机的绝对水平，得到的是有一定角度的倾斜的影像，影像各部分比例尺不一致。另外，摄影机在成像时是中心投影，地形起伏在像片上会引起投影差。本发明方案中叠加到地形模型上的都是正射投影，要使影像具有地图的正射投影的特性，需要对影像进行倾斜纠正和投影差的改正，经改正消除各种变形后得到的影像称为正射影像。由于正射影像是俯视的正射投影，所以在进行叠加时，只需将每个像素点的颜色信息叠加到地形上对应的坐标即可，这样每一点的纹理特性(即颜色信息)就按照正确的地理位置1:1的叠加在地形之上，由于高程、纹理特征都是真实地物的信息，建筑物、树木等地物就呈现在地形模型上了。本发明方案通过在创建的地形模型上叠加正射影像，从而可以真实地模拟和体现了房屋、植被、河流、道路、交叉跨越电力线等线路周边的重要地物要素。在需要显示地物信息时，还有一种方式是可以通过建立正射投影方式的2. 5维显示系统，将正射影像投射到地形上来展现地物信息。只是，在应用这种方式时，只能展现地物的平面信息特点，不能反映地物的高程信息，而且由于正射投影的方式要求视角必须是俯视，从而对三维场景的观测角度会造成限制。根据上述本发明方案，在其所创建的三维场景中漫游可以更直观地检查电力输电线路设计成果，确保设计成果的可靠性。线路周围的环境都是真实纹理，不仅展现了线路建成后的真实场景，且包含了线路经过区域的房屋、河流、道路等地物信息。如果将其应用于电力线路选线和线路优化阶段，可以通过三维场景获取电力线路范围内的地物信息，从而可以判断线路是否有效的避让了房屋、道路等地物，同时可以直观的反映交叉跨越情况。通过标准弧垂公式真实计算出两个挂线点之间的弧垂线的每个点的坐标，以模拟电力线，并通过实际应用的杆塔类型创建杆塔模型，真实反应了杆塔的旋转角度和塔脚位置。应用上述本发明方案进行自由漫游，结合三维场景中可辨的地物地貌情况，可以为线路优化提供更加广阔的视野，提供各种必要的信息，实现了真正的辅助选线，而非单一的成果展示平台。如果在线路巡检时检查出导线有贴地情况，可以立即返回到选线模块进行重新调整，调整之后的结果也可以在三维漫游模块中立即检查，避免了设计失误。此外，通过应用上述本发明方案所建立的立体大场景对竣工场景的真实模拟，对线路周围的环境一目了然，可以辅助施工道路的修建方案设计、施工困难度的评估等，在初设阶段就能够达到施工图设计的深度。另外，通过应用上述本发明方案，还可以对灾害发生现场的线路走廊和杆塔破坏情况进行数据采集和数据建模，为输电线路的抗灾抢险提供辅助决策。根据上述本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法，本发明还提供一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置。图3中示出了本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置实施例的结构示意图，其包括有地形模型创建单元201，用于根据数字高程模型文件上规则网格点的三维坐标创建地形模型；杆塔绘制单元202，用于根据杆塔图形中杆塔上的各点的三维坐标创建杆塔的三维模型，根据塔位的旋转角计算杆塔的各点在三维场景中的坐标，并在上述地形模型所在的三维场景中绘制杆塔的各坐标点，该杆塔绘制单元可与地形模型创建单元201相连接， 以便于在地形模型创建完成之后实现对杆塔的三维模拟；三维视觉显示漫游单元203，用于根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对重建三维场景中的空间景物立体视觉，进行三维漫游。三维视觉显示漫游单元203在进行三维漫游时，是根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对产生生理视差，重建三维场景中的空间景物立体视觉。该三维视觉显示漫游单元203可与上述杆塔绘制单元202相连接，以在三维场景中实现了对杆塔的模拟之后再进行三维空间的立体视觉显示与漫游。其中，上述三维视觉显示漫游单元203具体可以包括指令接收单元，用于接收所设置三维场景中的人眼位置、相机点位置；景物影像生成单元，用于基于人造立体视觉原理，根据指令接收单元所接收的人眼位置、相机点位置，确定与调节三维场景中人眼的可视影像。
此外，上述本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置，还可以包括有地物叠加单元2012，用于将正射影像上对应坐标处的RGB值叠加到地形模型上的对应点。 其中，该地物叠加单元2012可连接于上述地形模型创建单元201与杆塔绘制单元202之间，以表示在对杆塔模拟之前叠加正射影像，从而在对杆塔进行模拟时，是在更真实的三维场景中对杆塔进行模拟。本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置，创建地形模型、杆塔的模拟、正射影像的叠加、三维视觉的立体显示与漫游等的具体实现方式，与上述本发明的三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法中的相同，在此不予赘述。如上，上述本发明的三维立体场景创建漫游方法以及三维立体场景创建漫游装置，可应用于三维优化选线系统，以为电力线路的优化提供很好的支持，为此，本发明还可以提供一种三维优化选线系统，其包括如上所述的三维立体场景创建漫游装置，在此不予赘述。以上所述的本发明实施方式，仅仅是对本发明较佳实施例的详细说明，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法，其特征在于，包括步骤 根据数字高程模型文件上规则网格点的三维坐标创建地形模型；根据杆塔图形中杆塔上的各点的三维坐标创建杆塔的三维模型，根据塔位的旋转角计算杆塔的各点在所述地形模型所在三维场景中的坐标，并在所述地形模型所在三维场景中绘制杆塔的各坐标点；根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对重建三维场景中的空间景物立体视觉，进行三维漫游。
2.根据权利要求1所述的三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法，其特征在于， 在创建地形模型之后、创建杆塔的三维模型之前，还包括步骤将正射影像上对应坐标处的RGB值叠加到所述地形模型上的对应点。
3.根据权利要求1或2所述的三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法，其特征在于，所述三维漫游的过程包括下述步骤中的任意一项或者任意组合调节左右影像的相对位置，修改影像相对于人眼的左右视差大小； 保持三维场景中相机点、人眼的位置坐标不变，修改像点的三维坐标来控制人眼的可视范围；保持三维场景中像点的位置坐标不变，修改人眼的三维坐标来实现围绕某一位置的旋转查看；保持三维场景中人眼的位置坐标不变，调节像点的三维坐标实现人眼环视四周的查看。
4.一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置，其特征在于，包括地形模型创建单元，用于根据数字高程模型文件上规则网格点的三维坐标创建地形模型；杆塔绘制单元，用于根据杆塔图形中杆塔上的各点的三维坐标创建杆塔的三维模型， 根据塔位的旋转角计算杆塔的各点在三维场景中的坐标，并在所述地形模型所在的三维场景中绘制杆塔的各坐标点；三维视觉显示漫游单元，用于根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对重建三维场景中的空间景物立体视觉，进行三维漫游。
5.根据权利要求4所述的三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置，其特征在于， 还包括地物叠加单元，用于将正射影像上对应坐标处的RGB值叠加到地形模型上的对应点。
6.根据权利要求4或5所述的三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置，其特征在于，所述三维视觉显示漫游单元包括指令接收单元，用于接收所设置三维场景中的人眼位置、相机点位置； 景物影像生成单元，用于基于人造立体视觉原理，根据指令接收单元所接收的人眼位置、相机点位置，确定与调节三维场景中人眼的可视影像。
7.一种三维优化选线系统，其特征在于，包括如权利要求4至6任意一项所述的三维优化选线系统的立体场景创建漫游装置。
全文摘要
一种三维优化选线系统的立体场景创建漫游方法、装置及三维优化选线系统，该方法包括根据数字高程模型文件上规则网格点的三维坐标创建地形模型；根据杆塔图形中杆塔上的各点的三维坐标创建杆塔的三维模型，根据塔位的旋转角计算杆塔的各点在所述地形模型所在三维场景中的坐标，并在所述地形模型所在三维场景中绘制杆塔的各坐标点；根据人造立体视觉原理，通过左右立体像对重建三维场景中的空间景物立体视觉，进行三维漫游。根据本发明方案，在该三维场景中进行漫游时，可以依据人造立体视觉原理，对整体环境进行把握，可以多角度、多景深地自由漫游，支持三维场景的任意角度的查看，为电力优化选线提供了很好的支持。
文档编号G06T17/05GK102184570SQ20111010808
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者曾强, 汤坚, 王东甫, 葛苹, 许少淦, 陈隽敏, 雷伟刚, 黄春晖 申请人:广东省电力设计研究院