[发明专利]一种基于法向的大规模点云可视化方法

说明书

本发明涉及一种基于法向的大规模点云可视化方法，步骤S1、根据点云数据的空间结构，构建节点点云平衡的八叉树结构；步骤S2、根据平衡的八叉树结构和点云的法向信息，构建具有法向信息的八叉树结构，并通过下采样方式构建法向LOD可视化节点；步骤S3、最后根据视点和视锥体与渲染节点法向的关系，确定节点调度策略，根据当前调度策略分别调用读取线程和渲染线程同时读取和渲染。本发明通过加入法向信息来约束渲染节点，解决了大规模点云渲染过程中大量被遮挡点云和场景背面点云等无效渲染的问题，降低了实际渲染点云的点个数，保证了点云显示的真实性。

技术领域

本发明涉及三维数据可视化领域，具体而言，涉及一种基于法向的大规模点云可视化方法。

背景技术

近些年，激光雷达和三维扫描技术被广泛应用于测绘，电力线巡检，数字城市，古建筑保护，军工设备测量以及数字孪生等领域。三维扫描技术在使用过程中能快速地获取海量的三维点云数据，这些数据往往具有上亿量级的规模，除包含数据点坐标外，通常还包含反射强度，法线方向等信息。如何实现大规模点云的有效存储以及可视化是目前亟待解决的热门问题。

规模庞大的点云数据的存储与显示都将消耗大量的计算机资源，合理地组织、管理和显示大规模点云直接关系到点云数据在实际应用当中的可视化效果。近年提出的点云可视化方法中，通过分块索引的思想来解决无法将点云全部读取到内存的问题，但对于复杂结构的点云在分块渲染过程中仍有点云遮挡和场景背面点云等无效渲染的问题，导致计算机渲染资源浪费，尤其面对大规模点云数据时，资源浪费将更为严重。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于法向的大规模点云可视化方法，解决现有技术中大规模点云可视化对于被遮挡点云的无效渲染以及资源浪费问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于法向的大规模点云可视化方法，包括如下步骤：

步骤S1、根据点云数据的空间结构，构建节点点云平衡的八叉树结构；

步骤S2、根据平衡的八叉树结构和点云的法向信息，构建具有法向信息的八叉树结构，并通过下采样方式构建法向LOD可视化节点；

步骤S3、根据视点和视锥体与渲染节点法向的关系，确定节点调度策略，根据当前调度策略分别调用读取线程和渲染线程同时读取和渲染；

进一步地，步骤S1包括：

步骤S101、根据点云的范围设定最大包围盒作为八叉树的根节点，并根据点云的点个数设定建立的八叉树层级；从根节点开始自上而下生成八叉树结构直到设定的层级，并将点云数据全部分配到最底层子节点；

步骤S102、设置最底层子节点的点数阈值ε，对八叉树进行平衡性调整，使得每个节点分配的点云个数都小于点数阈值ε且该节点的父节点大于点数阈值ε。

进一步地，步骤S102具体包括：

步骤S102-1、将所有已经分配点云的最底层子节点标记为待调整节点，放入待调整节点序列；

步骤S102-2、遍历所有待调整节点序列，若节点点数大于等于点数阈值ε，则生成下一层8个节点，并将该节点点云分配到下一层，将新生成的8个节点标记为待调整节点，放入待调整节点序列；若节点点数小于点数阈值ε，则判断其父节点包括的8个子节点的总点数是否大于点数阈值ε，若大于等于，则将该节点标记为已调整节点，若小于，则将这8个子节点删除并将他们的点云分配给其父节点，将其父节点标记为待调整节点，放入待调整节点序列；

步骤S102-3、若八叉树结构中还存在待调整节点，重复步骤S102-2，直到所有节点都被标记为已调整节点。

进一步地，步骤S2包括：