一种三维模型的图形处理方法及系统与流程

本发明涉及图形处理，尤其涉及一种三维模型的图形处理方法及系统。

背景技术：

1、当前对三维场景的处理包括编辑和替换。但是，编辑和替换普遍需要通过手动的方式来处理，无法由系统自动处理。例如，当前的cad/cam技术广泛应用于三维模型的编辑和替换处理。利用cad/cam技术能够实现对三维模型的参数化修改和替换操作。现有的三维建模软件还包括3ds max、maya等软件，通过手动方式来选择三维模型节点，对齐进行删除/隐藏的操作，然后将新三维模型插入需要的场景中。

2、上述三维模型处理系统普遍存在的缺点包括：需要以手动的方式来调整并实现三维模型的替换。例如，部分图形处理软件不支持三维模型的修改。当三维模型需要修改时，需要将三维模型先从当前的场景删除，然后导入第三方图形处理系统进行修改，通过再次缩放来调整三维模型的大小后，再导入当前场景以查看三维模型的修改结果。再例如，即使部分图形处理软件支持三维模型的修改，其调整步骤也比较繁琐。在三维模型替换后，还需要利用修改工具来对三维模型进行缩放、变换位置等调整步骤。明显地，对三维模型的手动处理步骤需要耗费大量的时间和精力。当前的针对三维模型的图像处理软件仅涉及三维模型的替换功能，忽略了用户对操作的边界和时效的要求。

3、例如，公开号为cn115457202a的专利申请文件公开了一种三维模型更新的方法，该方法包括获取指定区域的航拍图像，基于航拍图像以及预设航拍图像确定出预设航拍图像中的待替换目标物以及航拍图像中的待更新目标物，从指定区域的三维模型中确定出待替换目标物的单体模型，基于航拍图像确定待更新目标物的三维矢量数据，基于三维矢量数据，确定待更新目标物的待更新单体模型，将待替换目标物的单体模型替换为对应的待更新单体模型，得到指定区域更新后的三维模型。该专利虽然能够对三维模型进行尺寸上的匹配，但是其只能处理拍摄角度一致的模型，对于拍摄角度不同、间距不同的三维模型，仍然需要手动处理来调整各个模型的间距。此外，该专利只能用于单一模型的逐个替换，无法用于由若干三维模型构成的三维模型组合的替换和更新。

4、再例如，公开号为cn107690673a的专利申请公开了一种图像处理方法。该方法包括：确定终端发送的目标图像中包括的目标子图像；从三维模型库中确定与目标子图像对应的目标对象相匹配的目标三维模型；基于目标三维模型，在目标图像中对目标子图像进行图像替换；向终端发送经图像替换后的目标图像。该专利也是对三维模型进行一对一替换，无法对由若干三维模型构成的整套三维模型组合进行一次性自动调整和替换。

5、因此，如何对多个三维模型进行一次性自动替换，减少手动调整的步骤，同时解决在替换的过程中各个三维模型之间的间距无法满足要求的问题，是当前的图像处理系统或者图像处理软件无法解决的。

6、本发明希望改进当前三维模型的替换方法或系统，提供一种减少手动调整步骤的三维模型的图形处理系统及方法。

7、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、当前市场上的三维模型处理系统，当需要对三维模型进行替换时，普遍需要通过手动来对替换模型进行调整，例如调整替换模型的缩放比例、大小、间距等等。大量的手动操作明显增加了处理三维图形的工作人员的工作量，并且降低了其工作效率。例如，在需要替换三维场景中的三维模型的情况下，需要将替换模型导入第三方系统进行修改，在修改完成后再导入原三维场景中。或者，手动调整替换模型的大小、间距、取向等参数，反复调整直至替换模型合适，这耗费了大量的时间和工作精力。

2、现有技术已经出现基于三维模型的网格划分来实现部分三维模型自动替换的技术方案。例如，公开号为cn115861549a的专利文献公开了一种自动替换实景三维数据中树木模型的方法和装置，该方法在获取待处理遥感影像对应的osgb数据中的第一三维网格数据和相应的纹理数据后，对第一三维网格数据和相应的纹理数据进行网格划分，得到具有色值的树木网格数据和非树木网格数据；在去除当前的树木模型后，基于非树木网格数据中地面部分的第一三维网格数据和地面部分的纹理数据，对去除树木模型后的孔洞网格数据进行填充；基于树木网格数据，计算各树木模型的平移向量和缩放尺寸；根据平移向量和缩放尺寸，对相应树木模型进行三维坐标变换，以将坐标变换后的树木模型在待处理遥感影像的目标区域实景中进行替换。然而，该技术方案中以去除树木模型后的孔洞网格数据作为校准模型的生成基准，不同校准模型的模型要素都是根据不同位置处的孔洞网格数据确定的，相当于将校准模型与局部的三维空间进行匹配，无法实现本发明基于全局三维空间的校准模型替换过程。

3、针对现有技术之不足，本发明从第一方面提供了一种三维模型的图形处理方法，方法包括：初始化三维场景内的三维空间；将三维空间基于替换要素进行区域划分；根据替换要素来将替换模型调整为校准模型，并且使用校准模型替换原始模型。

4、与上述现有技术相比，本发明能够将替换要素作为替换模型的调整尺度，并作为不同替换模型与三维空间的校准连接桥梁。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何将具有不同初始模型参数的替换模型调整为便于直接进行替换的校准模型，以降低模型替换的操作步骤并提高模型替换的效率。具体地，本发明通过将三维场景内的原始模型进行区域划分，能够预先确定该区域内的原始模型的替换要素。当替换模型被选定时，能够根据替换要素自动调整替换模型，减少手动输入替换要素的步骤，实现替换模型的自动化校准。本发明的优势在于，不需要使用第三方系统，减少了手动调整的步骤，校准后的替换模型能够直接替换原始模型，能够直接融入三维场景中。

5、根据一个优选实施方式，替换要素包括：中心位置、相互间距、绝对间距及其彼此之间的组合。与上述现有技术相比，本发明能够通过不同的替换要素来联合计算并调整替换模型。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何提高三维模型的替换效率。针对现有技术中无目标的手动调整的方式，本发明基于原始模型的中心位置、相互间距、绝对间距等替换要素来自动调整替换模型，使得校准后的校准模型能够直接融入三维场景中，不需要调整校准模型与三维场景中周围原始模型的间距。

6、根据一个优选实施方式，将替换模型调整为校准模型的方式包括：基于原始模型的中心位置和取向特征来将替换模型调整为校准模型；和/或基于三维空间内的原始模型的相对几何位置关系来将替换模型调整为校准模型。与上述现有技术相比，本发明能够基于原始模型的不同替换要素来调整替换模型。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何提高替换模型调整的效率以及准确性。具体地，针对不同的替换要素，替换模型的调整方式和计算步骤也是不同的。通过中心位置和取向特征调整替换模型的优势在于，能够避免替换模型偏移，也能够减少替换模型的取向的手动操作步骤。通过相对几何位置关系调整替换模型的优势在于，能够使得替换模型与周围原始模型的间距与原三维场景一致或者等比例变化，避免替换模型与周围原始模型的间距不恰当且反复调整的情况发生。

7、根据一个优选实施方式，将替换模型调整为校准模型的方式包括：基于原始模型的中心位置和取向特征来确定被选定的替换模型的中心位置和取向特征；基于原始模型与替换模型的比例关系来调整替换模型，使得替换模型调整为校准模型。通过比例关系调整替换模型，使得替换模型与原始模型的大小一致，同时替换模型的几何中心与原始模型一致，避免替换模型出现分布不均匀，三维形状偏移等情况。

8、根据一个优选实施方式，将替换模型调整为校准模型的方式还包括：计算原始模型之间的第一相互间距比例；基于第一相互间距比例来调整替换模型之间的第二相互间距比例，形成校准模型；在将校准模型替换原始模型的过程中，基于第二相互间距比例来确定校准模型的位置，其中，校准模型的取向特征与原始模型的取向特征一致。与上述现有技术相比，本发明能够根据原始模型之间的间距比例关系来调整替换模型之间的间距比例关系，并将其用于形成校准模型。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何防止替换后的模型与原始模型产生干涉或者替换后的模型比例关系与原始模型不协调。具体地，在较多的情况下，替换模型与周围原始模型之间的间距与原三维场景不一致，这样导致的缺陷包括：替换模型与周围的原始模型产生碰撞或者不和谐；替换模型内的若干子三维模型彼此之间的间距不协调。本发明通过预先设置的相互间距来调整替换模型，使得调整后的校准模型能够直接与周围的原始模型协调设置，或者使得校准模型内的若干子三维模型内部的间距能够等比例变化，避免部分替换模型挤在一起。

9、根据一个优选实施方式，方法还包括：计算位于三维场景外的固定三维模型与原始模型之间的绝对间距，基于绝对间距、原始模型之间的第一相互间距比例来将替换模型调整为校准模型，并且确定校准模型的位置。基于三维场景内的情况不同，原始模型需要与指定的固定三维模型维持绝对间距，因此替换模型也需要与固定三维模型维持绝对间距，这样才能够在替换后避免手动调节间距，使得校准模型能够一次性调节至恰当的尺寸和缩放比例，减少手动操作的次数。

10、根据一个优选实施方式，方法还包括：在两个原始模型之间的绝对间距需要以不变的方式设置的情况下，以保留绝对间距的方式调整至少两个替换模型之间和/或替换模型与固定模型之间的相互间距。这样设置，能够使校准模型在被放入三维场景后也自动保持绝对间距，减少替换模型与原始模型在布置时的差异性。

11、本发明从第二方面还提供一种三维模型的图形处理系统，包括处理器。处理器被配置为：初始化三维场景内的三维空间；将三维空间基于替换要素进行区域划分；根据替换要素来将替换模型调整为校准模型，并且使用校准模型替换原始模型。本发明的图形处理系统的优势在于，能够在将原始模型替换的过程中，自动计算并调整替换模型至恰当尺寸、分布的校准模型，使得校准模型能够直接替换原始模型且不需要再次手动操作，减少三维模型的手动操作次数，提高三维模型替换的效率。

12、根据一个优选实施方式，处理器还被配置为：基于原始模型的中心位置和取向特征来将替换模型调整为校准模型；和/或基于三维空间内的原始模型的相对几何位置关系来将替换模型调整为校准模型。本发明的系统的优势还包括：通过中心位置和相对几何位置关系来调整替换模型，能够避免替换模型整体上的结构偏移，也能够使得替换模型的取向自动与原始模型一致，不需要人工手动操作调整。

13、根据一个优选实施方式，处理器还被配置为：计算位于三维场景外的固定三维模型与原始模型之间的绝对间距，基于绝对间距、原始模型之间的第一相互间距比例来将替换模型调整为校准模型，并且确定校准模型的位置。这样调整的优势还包括：避免替换模型与三维场景内周围其他原始模型的不合理间距的出现，减少替换模型被调整的次数。