物体的三维抽象模型建立方法、装置、存储介质和处理器与流程

本发明涉及工程技术领域，具体地涉及一种物体的三维抽象模型建立方法、装置、存储介质和处理器。

背景技术：

现有的场景建模方法主要有基于视觉和基于激光雷达的两种建模方法。基于视觉的三维场景建模方法一般是使用双目或多目摄像机采集三维场景，得到其投影的二维图像，根据图像的纹理分布等信息恢复深度信息，进而实现三维建模。基于激光雷达的三维场景建模方法一般是使用激光雷达扫描三维场景，利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量而密集的点的深度信息，使用三维重建算法，实现三维建模。但是，二者有以下缺陷：建模时间长，长达一个星期，难以满足施工要求；计算复杂，对计算设备要求高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种物体的三维抽象模型建立方法、装置、存储介质和处理器，该物体的三维抽象模型建立方法、装置、存储介质和处理器建模简单且建模时间短。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种物体的三维抽象模型建立方法，该方法包括：在工程机械的吊钩位于所述物体的最高点时，获取所述吊钩的高度以获取所述物体的高度；获取所述物体的水平面投影；获取包含所述水平面投影的图形；获取所述图形的基础数据，所述基础数据能够构建所述图形；根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型。

优选地，所述图形的基础数据包括：不规则的图形的基础数据或规则图形的基础数据。

优选地，所述规则的基础数据包括以下一者：长方形的四个顶点坐标、圆形的中点坐标和直径、以及椭圆形的中点坐标和直径。

优选地，在所述图形的基础数据是长方形的四个顶点坐标时，获取包含所述图形的基础数据包括：设置工程机械的位置为坐标原点；在所述工程机械的吊钩位于所述长方形的四个顶点时，获取所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值；将所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值转化为所述四个顶点坐标。

优选地，所述工程机械是塔机。

优选地，通过以下公式得到所述四个顶点坐标：x=dcosθ，y=dsinθ，其中d为每个顶点的变幅值，θ为每个顶点的回转角度值，x为每个顶点的横坐标，y为每个顶点的纵坐标。

优选地，所述根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型包括：根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，得到所述图形在所述物体的高度上的数据；根据所述图形的基础数据以及所述图形在所述物体的高度上的数据，建立所述物体的三维抽象模型。

本发明实施例还提供一种施工场景的建模方法，所述建模方法包括：根据上文所述的物体的三维抽象模型建立方法，对所述施工场景内多个物体中的每一个物体建立所述三维抽象模型；对所述每一个物体所建立的三维抽象模型进行融合以完成所述施工场景的建模。

本发明实施例还提供一种物体的三维抽象模型建立装置，该装置包括：获取单元以及处理单元，其中，所述获取单元用于：在工程机械的吊钩位于所述物体的最高点时，获取所述吊钩的高度以获取所述物体的高度；获取所述物体的水平面投影；获取包含所述水平面投影的图形；获取所述图形的基础数据，所述基础数据能够构建所述图形；所述处理单元用于根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型。

优选地，所述图形的基础数据包括：不规则的图形的基础数据或规则图形的基础数据。

优选地，所述规则的基础数据包括以下一者：长方形的四个顶点坐标、圆形的中点坐标和直径、以及椭圆形的中点坐标和直径。

优选地，在所述图形的基础数据是长方形的四个顶点坐标时，所述获取单元用于：设置工程机械的位置为坐标原点；在所述工程机械的吊钩位于所述长方形的四个顶点时，获取所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值；将所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值转化为所述四个顶点坐标。

优选地，所述工程机械是塔机。

优选地，所述获取单元用于通过以下公式得到所述四个顶点坐标：x=dcosθ，y=dsinθ，其中d为每个顶点的变幅值，θ为每个顶点的回转角度值，x为每个顶点的横坐标，y为每个顶点的纵坐标。

优选地，所述处理单元用于：根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，得到所述图形在所述物体的高度上的数据；根据所述图形的基础数据以及所述图形在所述物体的高度上的数据，建立所述物体的三维抽象模型。

本发明实施例还提供一种施工场景的建模装置，该装置包括：上文权利要求所述的物体的三维抽象模型建立装置，用于对所述施工场景内多个物体中的每一个物体建立所述三维抽象模型；以及融合装置，用于对所述每一个物体所建立的三维抽象模型进行融合以完成所述施工场景的建模。

本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上文任一项权利要求所述的物体的三维抽象模型建立方法或上文所述的施工场景的建模方法。

本发明实施例还提供一种处理器，用于运行程序，其中，所述程序被运行时用于执行上文任一项权利要求所述的物体的三维抽象模型建立方法或上文所述的施工场景的建模方法。

通过上述技术方案，采用本发明提供的物体的三维抽象模型建立方法、装置、存储介质和处理器，该方法包括：在工程机械的吊钩位于所述物体的最高点时，获取所述吊钩的高度以获取所述物体的高度；获取所述物体的水平面投影；获取包含所述水平面投影的图形；获取所述图形的基础数据，所述基础数据能够构建所述图形；根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型。本发明无需复杂的数据处理过程，且不需建立完全匹配物体的模型，建模简单且建模时间短。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的物体的三维抽象模型建立方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的坐标系的物体示意图；

图3是本发明一实施例提供的包含平面投影的图形的示意图；

图4是本发明一实施例提供的获得长方形的四个顶点坐标的方法的流程图；

图5是本发明一实施例提供的物体顶点坐标示意图；

图6是本发明另一实施例提供的物体的三维抽象模型建立方法的流程图；

图7是本发明一实施例提供的施工场景的建模方法的流程图；

图8是本发明一实施例提供的物体的三维抽象模型建立装置的结构框图。

附图标记说明

1获取单元2处理单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明一实施例提供的物体的三维抽象模型建立方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤s11，在工程机械的吊钩位于所述物体的最高点时，获取所述吊钩的高度以获取所述物体的高度；

具体地，物体可以是各种形状，例如建筑工地包括建筑物和钢筋棚等，形状各异，体积大小不一，也有高有矮。本发明实施例得到的三维抽象模型可以供各种场景使用，如果建模是为了供塔机进行自动吊装作业时躲避障碍物，那么由于塔机吊装作业时，绝大部分运动路径是高空路径，运动范围也限制在其起重臂长范围内，因此，可以只对整个场景内高度大于一定高度（例如3米）且在起重臂长范围内的物体进行建模以形成场景模型，可大大减少建模物体的数量。如果建模是为了其他需要，也可以根据其他需要调整需要建模的物体。

如图2所示，假设物体是上下表面圆大小不一样的柱体（下文也使用该物体为例）。获取物体的高度h1可以在高空使用超声波、激光等测距方式进行测量，甚至使用手动测量。另外，也可以使用工程机械，例如塔机进行测量。即将塔机吊钩控制至物体最高点处，从塔机安全监控系统中获取此时的高度值，就是物体的高度。为了更加精确，可以测量五次，剔除异常值后取平均值，以得到精确的物体的高度值。

步骤s12，获取所述物体的水平面投影；

具体地，在本发明实施例中，可以先将物体进行水平面投影，并获得水平面投影；

步骤s13，获取包含所述水平面投影的图形；

具体地，图形可以是不规则的图形，例如不规则的四边形或多边形，也可以是规则的图形，例如长方形、圆形或椭圆形等。至于选择什么样的图形，会受物体的实际水平面投影的形状影响。

步骤s14，获取所述图形的基础数据，所述基础数据能够构建所述图形；

具体地，在本发明实施例中，可以获得图形的基础数据。如果采用不规则的图形包含住物体水平面投影，则可以测量所有顶点的坐标以作为图形的基础数据。但是为了更为简单的进行建模，优选使用规则的图形包含物体的水平面投影。在采用规则的图形包含物体的水平面投影时，图形的基础数据例如可以是长方形的四个顶点坐标、圆形的中点坐标和直径、或椭圆形的中点坐标和直径。在只有这些基础数据的情况下，可以构建得到唯一位置的唯一形状和大小的图形。为了使抽象的模型最为贴近物体的原本大小，包含物体的水平面投影的图形的面积应尽可能小。

如图3所示，以图2的物体为基础，其水平面投影为一个圆形，那么可以使用一个长方形来包含住圆形，只获取该长方形的四个顶点坐标即可。当然，如果物体的水平面投影是其他不规则形状，也可以使用圆形或者椭圆形等包含住该投影，只需要获取圆形和椭圆形的中点坐标和直径即可（椭圆形具有长直径和短直径）。这些基础数据可以利用手动测量等方法得到（坐标可以通过设置坐标原点，然后测量距离得到）。如果需要获得长方形的四个顶点坐标或者不规则图形的各个顶点坐标，还可以利用工程机械，例如塔机得到，以下以获得长方形的四个顶点为例，具体为：

如图4所示，获得长方形的四个顶点坐标可以包括：

步骤s41，设置工程机械的位置为坐标原点；

具体地，可以使用3d建模软件加载塔机模型，并将塔机模型底座的中心点置于坐标原点（0，0，0），导出并保存为dae、stl等格式的文件，即是基础的模型文件。

步骤s42，在所述工程机械的吊钩位于所述长方形的四个顶点时，获取所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值；

具体地，使塔机的吊钩位于四个顶点，分别从塔机安全监控系统中获取此时的变幅值和回转角度值，为了精确，也可以记录五次，剔除异常值后取平均值，得到四个顶点最终的变幅值和回转角度值（d1,1，θ1,1），（d1,2，θ1,2），（d1,3，θ1,3），（d1,4，θ1,4），如图3所示，其中d为变幅值，θ为回转角度值。

步骤s43，将所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值转化为所述四个顶点坐标。

具体地，上述变幅值和回转角度值（d1,1，θ1,1），（d1,2，θ1,2），（d1,3，θ1,3），（d1,4，θ1,4）是极坐标系下的值，需将其转换为直角坐标系下的值，例如通过以下公式得到四个顶点坐标：

x=dcosθ，y=dsinθ，其中d为每个顶点的变幅值，θ为每个顶点的回转角度值，x为每个顶点的横坐标，y为每个顶点的纵坐标。

由此，如图5所示，可以得到长方形的四个顶点的坐标为：（d1,1cosθ1,1，d1,1sinθ1,1，0），（d1,2cosθ1,2，d1,2sinθ1,2，0），（d1,3cosθ1,3，d1,3sinθ1,3，0），（d1,4cosθ1,4，d1,4sinθ1,4，0）。使用塔机进行测量，可以避免现有基于视觉和激光雷达的建模技术受天气影响很大的问题。

步骤s15，根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型。

最后是建立三维抽象模型。如图6所示，建立三维抽象模型包括：

步骤s61，根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，得到所述图形在所述物体的高度上的数据；

具体地，如果三维抽象模型是柱体，那么在物体的高度h1上，圆形和椭圆形的中点坐标的z轴变为物体的高度h1。如果三维抽象模型是长方体，以上文所述的四个顶点坐标为例，物体的高度h1上的四个顶点坐标即为（d1,1cosθ1,1，d1,1sinθ1,1，h1），（d1,2cosθ1,2，d1,2sinθ1,2，h1），（d1,3cosθ1,3，d1,3sinθ1,3，h1），（d1,4cosθ1,4，d1,4sinθ1,4，h1）。

步骤s62，根据所述图形的基础数据以及所述图形在所述物体的高度上的数据，建立所述物体的三维抽象模型。

具体地，如果三维抽象模型是长方体，可以将长方体的6个面分为12个三角形，基于包含平面投影的长方形的四个顶点坐标和物体的高度h1上的四个顶点坐标，可得12个三角形的36个坐标值，在包含塔机的基础的模型文件中，根据12个三角形的36个坐标值，利用opengl软件库可以自动画出物体的长方体模型，从而完成了三维抽象模型的建立。三维抽象模型是柱体也与长方体类似。

图7是本发明一实施例提供的施工场景的建模方法的流程图。如图7所示，所述建模方法包括：

步骤s71，根据上文所述的物体的三维抽象模型建立方法，对所述施工场景内多个物体中的每一个物体建立所述三维抽象模型；

步骤s72，对所述每一个物体所建立的三维抽象模型进行融合以完成所述施工场景的建模。

具体地，在使用上文所述的实施例建立完成一个物体的三维抽象模型之后，还可以重复上文所述的实施例建立施工场景内其他物体的三维抽象模型，从而进行简单的融合（即将所有的物体的模型按照各自的位置设置在一起）形成施工场景的模型。

图8是本发明一实施例提供的物体的三维抽象模型建立装置的结构框图。如图8所示，该装置包括：获取单元1以及处理单元2，其中，所述获取单元1用于：在工程机械的吊钩位于所述物体的最高点时，获取所述吊钩的高度以获取所述物体的高度；获取所述物体的水平面投影；获取包含所述水平面投影的图形；获取所述图形的基础数据，所述基础数据能够构建所述图形；所述处理单元2用于根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型。

优选地，所述图形的基础数据包括：不规则的图形的基础数据或规则图形的基础数据。

优选地，所述规则的基础数据包括以下一者：长方形的四个顶点坐标、圆形的中点坐标和直径、以及椭圆形的中点坐标和直径。

优选地，在所述图形的基础数据是长方形的四个顶点坐标时，所述获取单元1用于：设置工程机械的位置为坐标原点；在所述工程机械的吊钩位于所述长方形的四个顶点时，获取所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值；将所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值转化为所述四个顶点坐标。

优选地，所述工程机械是塔机。

优选地，所述获取单元用于通过以下公式得到所述四个顶点坐标：x=dcosθ，y=dsinθ，其中d为每个顶点的变幅值，θ为每个顶点的回转角度值，x为每个顶点的横坐标，y为每个顶点的纵坐标。

优选地，所述处理单元2用于：根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，得到所述图形在所述物体的高度上的数据；根据所述图形的基础数据以及所述图形在所述物体的高度上的数据，建立所述物体的三维抽象模型。

上文所述的物体的三维抽象模型建立装置与上文所述的物体的三维抽象模型建立方法的实施例类似，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种施工场景的建模装置，该装置包括：上文权利要求所述的物体的三维抽象模型建立装置，用于对所述施工场景内多个物体中的每一个物体建立所述三维抽象模型；以及融合装置，用于对所述每一个物体所建立的三维抽象模型进行融合以完成所述施工场景的建模。本实施例只需要简单的吊钩和建模工具就能完成场景建模，相比现有技术需要基于视觉、激光雷达或其他复杂辅助工具的建模技术，具有明显的应用优势和成本优势。

上文所述的施工场景的建模装置与上文所述的施工场景的建模方法的实施例类似，在此不再赘述。

所述物体的三维抽象模型建立装置包括处理器和存储器，上述获取单元以及处理单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。

处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来进行建模。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)，存储器包括至少一个存储芯片。

本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时执行上文任一项权利要求所述的物体的三维抽象模型建立方法或上文所述的施工场景的建模方法。

本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上文任一项权利要求所述的物体的三维抽象模型建立方法或上文所述的施工场景的建模方法。

本发明实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：

在工程机械的吊钩位于所述物体的最高点时，获取所述吊钩的高度以获取所述物体的高度；获取所述物体的水平面投影；获取包含所述水平面投影的图形；获取所述图形的基础数据，所述基础数据能够构建所述图形；根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型。

所述图形的基础数据包括：不规则的图形的基础数据或规则图形的基础数据。

所述规则的基础数据包括以下一者：长方形的四个顶点坐标、圆形的中点坐标和直径、以及椭圆形的中点坐标和直径。

在所述图形的基础数据是长方形的四个顶点坐标时，获取所述图形的基础数据包括：设置工程机械的位置为坐标原点；在所述工程机械的吊钩位于所述长方形的四个顶点时，获取所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值；将所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值转化为所述四个顶点坐标。

所述工程机械是塔机。

通过以下公式得到所述四个顶点坐标：x=dcosθ，y=dsinθ，其中d为每个顶点的变幅值，θ为每个顶点的回转角度值，x为每个顶点的横坐标，y为每个顶点的纵坐标。

所述根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型包括：根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，得到所述图形在所述物体的高度上的数据；根据所述图形的基础数据以及所述图形在所述物体的高度上的数据，建立所述物体的三维抽象模型。

本发明实施例还提供一种施工场景的建模方法，所述建模方法包括：根据上文所述的物体的三维抽象模型建立方法，对所述施工场景内多个物体中的每一个物体建立所述三维抽象模型；对所述每一个物体所建立的三维抽象模型进行融合以完成所述施工场景的建模。

本文中的设备可以是服务器、pc、pad、手机等。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：

在工程机械的吊钩位于所述物体的最高点时，获取所述吊钩的高度以获取所述物体的高度；获取所述物体的水平面投影；获取包含所述水平面投影的图形；获取所述图形的基础数据，所述基础数据能够构建所述图形；根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型。

所述图形的基础数据包括：不规则的图形的基础数据或规则图形的基础数据。

在所述图形的基础数据是长方形的四个顶点坐标时，获取所述图形的基础数据包括：设置工程机械的位置为坐标原点；在所述工程机械的吊钩位于所述长方形的四个顶点时，获取所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值；将所述四个顶点对应的变幅值和回转角度值转化为所述四个顶点坐标。

所述工程机械是塔机。

优选地，通过以下公式得到所述四个顶点坐标：x=dcosθ，y=dsinθ，其中d为每个顶点的变幅值，θ为每个顶点的回转角度值，x为每个顶点的横坐标，y为每个顶点的纵坐标。

所述根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，建立所述物体的三维抽象模型包括：根据所述物体的高度以及所述图形的基础数据，得到所述图形在所述物体的高度上的数据；根据所述图形的基础数据以及所述图形在所述物体的高度上的数据，建立所述物体的三维抽象模型。

本发明实施例还提供一种施工场景的建模方法，所述建模方法包括：根据上文所述的物体的三维抽象模型建立方法，对所述施工场景内多个物体中的每一个物体建立所述三维抽象模型；对所述每一个物体所建立的三维抽象模型进行融合以完成所述施工场景的建模。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。