点云三维空间图像的生成方法及其设备与流程

本发明涉及三维图像处理技术领域，具体涉及一种点云三维空间图像的生成方法

背景技术：

随着三维技术的发展，在3d影视或3d游戏以及三维图像展示时，工作者需要对应用的图像进行三维建模或需要通过三维数据采集设备采集文物的三维数据生成三维图像，以便将三维图像展示于三维展示窗口。在展示时，通常直接将获取的三维图像呈现，但由于通过以上方法获取的三维图像所涉及的数据量通常较大，使得在呈现时经常出现卡顿或加载时间过长等问题，用户体验不佳。

例如，目前，在文物虚拟展览中，通过三维数据采集设备采集文物的三维图像，之后将三维图像直接展示于虚拟文物展厅或网站的三维展览窗口或ar数据展示时，由于需要对文物的各个特征做精细的表达，因而通常会对文物进行精细的数据采集，由此使得文物三维图像的数据量通常较大，在文物三维图像加载时或转动文物三维图像时，加载速度较慢。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种用于减小三维模型的数据量的点云三维空间图像的生成方法。

本发明的第二目的在于提供一种点云三维空间图像的生成设备。

为满足本发明的第一目的，本发明采用如下技术方案：

一种点云三维空间图像的生成方法，其特征在于，

获取三维空间图像，并采集所述三维空间图像的各顶点数据与纹理图像；

基于所述顶点数据将所述三维空间图像划分为若干三角面片，基于所述若干三角面片提取一个或多个初始点；

基于所述初始点衍生若干衍生点，所述初始点与所述衍生点共同组成点云模型；

将所述纹理图像映射至所述点云模型上，生成点云三维空间图像。

进一步的，将所述初始点数据导入预构的计算模型中生成若干衍生点或依据所述初始点随机生成若干衍生点，所述初始点与所述衍生点共同组成所述点云模型。

具体的，所述初始点导入所述预构的计算模型中生成三个衍生点。

进一步的，预设所述初始点的数量为第一点数量，在所述若干三角面片上各任意取一点，若取点数量达到所述第一点数量，则停止取点；否则在所述若干三角面片上任意取点至达到所述第一点数量。

在一个实施例中，在所述若干三角面片上任意取一点为优化点，采用watson算法通过所述优化点数据生成新三角面片，并采集所述新三角面片的各顶点数据，依据所述优化点与所述新三角面片的顶点将所述纹理图像划分为若干三角纹理图像，并于所述若干三角纹理图像中各提取一个纹理点，所述纹理点为所述初始点。

进一步的，预设所述点云模型的点的数量为第二点数量，在所述初始点的基础上于所述若干三角纹理图像上再取任意数量的纹理点至所述初始点与所述纹理点数量之和达到所述第二点数量后，生成所述点云模型。

进一步的，所述纹理图像与所述点云模型之间通过执行预定算法，确定所述纹理图像与所述点云模型之间的映射关系。

具体的，将所述纹理图像映射至点云模型上，生成点云三维空间图像的步骤中，将所述纹理图像栅格化处理为若干纹理像素点，所述若干像素点与所述点云模型的各点相对应映射，生成所述点云三维空间图像。

具体的，将所述纹理图像映射至点云模型上，生成点云三维空间图像的步骤中，依据所述点云模型的各点生成若干新三角面片，依据所述若干新三角面片将所述纹理图像划分为若干三角纹理图像，所述若干三角纹理图像与所述若干新三角面片相对应映射，生成所述点云三维空间图像。

为满足本发明的第二目的，本发明采用如下技术方案：

一种点云三维空间图像的生成设备，其包括中央处理器与储存器，所述中央处理器用于运行储存于所述储存器中的计算机程序以执行如权利要求1-9任一项所述的点云三维空间图像的生成方法的步骤。

相对于现有技术，本发明的优势如下：

一方面，本发明采集三维空间图像的各个顶点坐标与其纹理图像，各个顶点与其相邻的顶点之间相互连接，当三个顶点相互连接时，形成三角关系，生成三角面片，当采集的各个顶点均与其相邻的顶点相连接形成三角面片时，将三维空间图像分为若干的三角面片。在该若干三角面片上各提取一个或多个初始点。基于初始点进一步再衍生若干衍生点，初始点与基于初始点生成的衍生点共同组成点云模型，并将采集的三维空间图像的纹理图像映射至点云模型上，生成点云三维空间图像。通过本发明生成的点云三维空间图像数据量小，便于在图像展示时调出点云三维空间图像展示，而不会出现卡顿或者加载时间过长等情况。

另一方面，本发明采集三维空间图像上的纹理图像，并将该纹理图像栅格化形成若干纹理像素点，将该若干纹理像素点与点云模型上的各点相对应映射，生成点云三维模型。通过本发明实现了将三维空间图像栅格化为点云三维空间图像的目的，使得点云三维空间图像的大小远小于三维空间图像的大小，进而使得点云三维空间图像可在网站或虚拟展览或3d影视或游戏中展示时不会出现卡顿或加载时间过长的问题。

再一方面，本发明的点云模型的各个点相互连接形成若干新三角面片，通过该若干新三角面片将采集于三维空间图像的纹理图像划分为若干三角纹理图像，该三角纹理图像与若干新三角面片相对应映射，生成点云三维空间图像。通过本发明，使得三维空间图像转化为点云三维空间图像，降低了三维空间图像的数据量的大小，使得点云三维空间图像在网站或虚拟展览或3d影视或游戏中展示时不会出现卡顿或加载时间过长的问题。

此外，本发明在通过从三维空间图像上提取的各顶点生成的若干三角面片上任取一点作为初始点，通过该初始点数据执行watson算法生成新三角面片，并提取该新三角面片的各顶点数据，通过该初始点与新三角面片的各顶点数据将从三维空间图像上提取的纹理图像划分若干三角纹理图像，并提取该若干三角纹理图像上的各一点作为纹理点，纹理点作为初始点基于初始点于三角纹理图像上再取若干数量的纹理点，初始点与纹理点共同组成点云模型。点云模型的各点与投射至该若干三角纹理图像上，生成点云三维空间图像。通过本发明生成的点云模型，便于与三角纹理图像相对应映射，避免三角纹理图像映射出现错误，导致点云三维空间图像出现纹理图像不相对应的情况的产生。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的点云三维空间图像的生成方法的典型实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，这里所使用的“客户端”、“终端”、“终端设备”既包括无线信号接收器的设备，其仅具备无发射能力的无线信号接收器的设备，又包括接收和发射硬件的设备，其具有能够在双向通信链路上，进行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种设备可以包括：蜂窝或其他诸如个人计算机、平板电脑之类的通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备；pcs(personalcommunicationsservice，个人通信系统)，其可以组合语音、数据处理、传真和/或数据通信能力；pda(personaldigitalassistant，个人数字助理)，其可以包括射频接收器、寻呼机、互联网/内联网访问、网络浏览器、记事本、日历和/或gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)接收器；常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备，其具有和/或包括射频接收器的常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备。这里所使用的“客户端”、“终端”、“终端设备”可以是便携式、可运输、安装在交通工具(航空、海运和/或陆地)中的，或者适合于和/或配置为在本地运行，和/或以分布形式，运行在地球和/或空间的任何其他位置运行。这里所使用的“客户端”、“终端”、“终端设备”还可以是通信终端、上网终端、音乐/视频播放终端，例如可以是pda、mid(mobileinternetdevice，移动互联网设备)和/或具有音乐/视频播放功能的移动电话，也可以是智能电视、机顶盒等设备。

本发明所称的“服务器”、“客户端”、“服务节点”等名称所指向的硬件，本质上是具备个人计算机等效能力的设备，为具有中央处理器(包括运算器和控制器)、存储器、输入设备以及输出设备等冯诺依曼原理所揭示的必要构件的硬件装置，计算机程序存储于其存储器中，中央处理器将存储在外存中的程序调入内存中运行，执行程序中的指令，与输入输出设备交互，借此完成特定的功能。

需要指出的是，本发明所称的“服务器”这一概念，同理也可扩展到适用于服务器机群的情况。依据本领域技术人员所理解的网络部署原理，所述各服务器应是逻辑上的划分，在物理空间上，这些服务器既可以是互相独立但可通过接口调用的，也可以是集成到一台物理计算机或一套计算机机群的。本领域技术人员应当理解这一变通，而不应以此约束本发明的网络部署方式的实施方式。

本申请所称的watson算法，是指在假定在一个不规则三角网(即由若干个三角形所组成的三角网)中，在该不规则三角形网中放入一个散点，在该不规则三角网中找出包含该散点的一个或多个三角形的外接圆，找出该多个三角形的公共边并将之删除，之后，散点与该散点所在的最小的三角形的各顶点相连，生成新的不规则三角网，之后的散点，则重复执行此操作，直至生成最终的不规则三角网。本领域技术人员将该算法广泛应用于三维图像处理领域，恕不详述。

请参阅图1，本发明的一种点云三维空间图像的生成方法的一种典型实施例，包括如下步骤：

步骤s11，获取三维空间图像，并采集所述三维空间图像的各顶点数据与纹理图像：

三维空间图像目前广泛用于3d影视、3d游戏、文物或新产品三维图像展览以及ar技术等等领域上，但三维空间图像因其图像需三维建模或三维采集设备采集，导致三维空间图像的数据量远大于二维平面图像，导致在3d影视、3d游戏、三维图像展览以及ar技术等等领域的应用上容易出现因三维空间图像的数据量过大所导致的数据加载时间过长或出现卡顿等问题，导致用户体验不佳。

本发明中，基于三维空间图像提取或采集其的各个顶点数据，对同一三维空间图像建立空间坐标系，该各个顶点具有统一的空间坐标系，通过空间坐标系获取三维空间图像的各个顶点的顶点坐标。

本发明中，基于三维空间图像提取或采集其的纹理图像，所述纹理图像包括但不限于三维空间图像的外表颜色、亮度、对比度、颗粒状态、灰度与纹理。

步骤s12，基于所述顶点数据将所述三维空间图像划分为若干三角面片，基于所述若干三角面片提取一个或多个初始点：

本发明中，基于三维空间图像的各个顶点，将顶点与其相邻的其他顶点相互连接生成一个或多个三角形，当该各个顶点均与其相邻的其他顶点相连接时生成若干三角形，该若干三角形共同组成不规则三角网，同时将三维空间图像划分为若干三角面片。

在该若干三角面片上任意或通过预定的算法提取一点或多点作为初始点，并获取所有初始点所在空间坐标系的位置。

在一个较佳的实施例中，预设初始点的数量为第一点数量，从该若干三角面片上各提取一个初始点或从该若干三角面上提取任意数量的初始点，若初始点的数量恰好达到了第一点数量，则停止取点；若从三角面片上各提取的一个初始点的数量大于第一点数量，则提高该预设的第一点数量与从该若干三角面片上各提取一个初始点的数量相同。若从该若干三角面片上各提取一点的数量未达到第一点数量，则，在该若干三角面片上再任意继续取点，直到从该若干三角面片上的取点数量达到了第一点数量后，方停止取点。

在另一个较佳的实施例中，在该若干三角面片上各任意提取一点作为初始点，基于该若干三角面片上提取的初始点通过执行watson算法生成一个不规则三角网，并将该不规则三角网导入三维空间图像生成若干新三角面片。采集该若干新三角面片的各顶点数据，该若干新三角面片的各顶点与初始点分别于其相邻的点(即各顶点与初始点)相互连接生成若干三角形，该若干三角形共同组成不规则三角网，该不规则三角网将三维空间图像的纹理图像划分为若干三角纹理图像。并从该若干三角纹理图像上各提取一个纹理点，该纹理点为初始点。该纹理点为三角纹理图像上任意一点或通过执行预定算法获取的三维纹理图像上的一点。该预定算法涉及颜色、亮度、对比度、颗粒状态、灰度与纹理，通过该算法为三角纹理图像上的所有点进行评分，分值最高的点为纹理点。例如，按照rgb三色颜色空间的各颜色空间的参数值的高低，评出纹理点。

步骤s13，基于所述初始点衍生若干衍生点，所述初始点与所述衍生点共同组成点云模型：

预设点云模型的点的数量为第二点数量，第二点数量大于第一点数量。根据初始点生成若干衍生点，初始点与该若干衍生点共同组成点云模型。

获取初始点的坐标数据，通过将初始点的坐标数据导入预构的计算模型中，依据该初始点生成三个衍生点，该三个衍生点可组成任意一个三角面片，即该三个衍生点为一个三角面片的三个顶点。该预构的计算模型的计算方法如下：

采用随机迭代采样算法，设初始点为r，根据r随机初始化获取r1与r2，r1与r2为在三角面片随机采样获取的随机值，所述随机值为0或1。

预设该三个衍生点分别为a、b与c，预设a的坐标数据为a(a1,a2,a3),预设b的坐标数据为b(b1,b2,b3),预设c的坐标数据为c(c1,c2,c3)。计算a、b与c的坐标数据。该计算公式可为:

a坐标的计算公式为：

b坐标的计算公式为：

b1＝b1×(1-r2)，b2＝b2×(1-r2)，b3＝b3×(1-r2)

c坐标的计算公式为：

通过预构的计算模型，生成衍生点a、b与c。本领域的技术人员应当知晓以上算法为计算机算法，a、b与c三点的坐标值分别为二进制的坐标值，a(a1,a2,a3)、b(b1,b2,b3)以及c(c1,c2,c3)的空间坐标值初始值随机为0或1，经上述算法后得出最终的a、b与c三点的坐标值。根据a、b与c三点的坐标值可获取a、b与c三点于计算机中的三维空间图像上具体坐标位置。较佳的，以上算法适用于obj三维模型。

初始点与通过该初始点所生成的三个衍生点共同于空间坐标系或三维空间图像上组成点云模型。

较佳的，若第一点数量为1，即只有一个初始点，则依据上述算法基于该初始点生成三个衍生点，之后再以该三个衍生点为初始点生成衍生点，不断迭代取点，直到所述点的数量达到所述第二点数量后，停止取点。初始点与迭代生成的衍生点共同与空间坐标系或三维空间图像上组成点云模型。

在另一个实施例中，根据初始点，随机在该初始点所在的三角面片上生成一个或多个衍生点，初始点与通过该初始点所生成的一个或多个衍生点共同于空间坐标系或三维空间图像上组成点云模型。

在另一个较佳的实施例中，基于步骤s12的最后一个实施例，在各纹理点(即本步骤所称的初始点)的基础上在于若干三角纹理图像上再取若干数量的纹理点，直至所有纹理点数量达到预设第二点数量后停止取点，纹理点与在本步骤再次提取的纹理点共同于空间坐标系或三维空间图像上组成点云模型。

步骤s14，基于所述点云模型和所述纹理图像生成点云三维空间图像：

将从三维空间图像上采集的纹理图像，进行栅格化操作，使得纹理图像变为由若干纹理像素点所组成的图像。该纹理像素点的数量与点云模型的点的数量相同或不同。

根据预定的算法，将纹理像素点与点云模型上的点一一映射对应，点云模型上覆盖纹理像素点，生成点云三维空间图像。该预定的算法为本领本领域技术人员所知晓的gltexcoord2d算法，实现纹理像素点与点云模型上的点一一对应映射，避免纹理像素点与点云模型上的点对应出错。

在另一种较佳的实施例中，依据点云模型上的各点生成若干新三角面片，同时依据该若干新三角面将纹理图像划分为与该新三角面片相对应的若干三角纹理图像。将该若干三角纹理图像与点云模型上生成的若干新三角面片相一一映射对应，点云模型上覆盖三角纹理图像或点云模型的各点投射至三角纹理图像上，生成点云三维空间图像。进一步的，该若干三角面片可对应组成若干不规则多边形面片，将纹理图像划分为相对应的若干不规则多边形纹理图像，将该若干不规则多边形面片与该若干不规则多边形纹理图像相一一映射对应，点云模型上覆盖若干不规则多边形纹理图像或点云模型的各点投射至不规则多边形纹理图像上，生成点云三维空间图像。进一步，也可以将三角纹理图像栅格化为纹理像素点所组成的图像。

再另一个较佳的实施例中，基于步骤s13的最后一个实施例，基于若干三角纹理图像上提取的纹理点组成点云模型与该若干三角纹理图像相对应共同组成点云三维空间图像。

进一步，为便于本申请的执行，本申请提供一种点云三维空间图像的生成设备，作为用于展示三维图像的客户端设备，其包括中央处理器和存储器，所述中央处理器用于调用运行存储于所述存储器中的计算机程序以执行如前所述的各实施例中所述点云三维空间图像的生成方法的步骤。

可以看出，存储器适宜采用非易失性存储介质，通过将前述的方法实现为计算机程序，安装到手机之类电子设备中，相关程序代码和数据便被存储到电子设备的非易失性存储介质中，进一步通过电子设备的中央处理器运行该程序，将其从非易性存储介质中调入内存中运行，便可实现本申请所期望的目的。因此，可以理解，本申请的一个实施例中，还可提供一种非易失性存储介质，其中存储有依据所述的点云三维空间图像的生成方法各个实施例所实现的计算机程序，该计算机程序被计算机调用运行时，执行该方法所包括的步骤。

本领域技术应当理解，可以在上述各实施例所揭示的方法的基础上，相应实现一种相应的服务器或终端设备。

综上所述，本申请实现了从三维空间图像上提取顶点坐标与纹理图像，并基于顶点坐标生成一个或多个初始点，同时基于初始点再生成若干衍生点，初始点与该若干衍生点共同组成点云模型，并将纹理图像栅格化或切片为三角纹理图像后映射至点云模型，生成点云三维空间图像。本申请方法简单，实现了将数据量巨大的三维空间图像转换为数据量较小的点云三维空间图像，便于在各种三维展示界面展示，而不会出现卡顿情况。

本技术领域技术人员可以理解，本申请包涉及用于执行本申请中所述操作、方法中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其存储器之内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、cd-rom、和磁光盘)、rom(read-onlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随即存储器)、eprom(erasableprogrammableread-onlymemory，可擦写可编程只读存储器)、eeprom(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本申请公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。