[发明专利]一种实景三维模型裁剪方法、装置及计算机设备

说明书

本发明涉及实景三维模型处理技术领域，公开了一种实景三维模型裁剪方法、装置及计算机设备，即在获取贴合模型表面绘制的封闭边界线后，根据所述封闭边界线的绘制视角将实景三维模型的不规则三角网结构投影到二维空间中，然后在该二维空间中判断各个三角形与所述封闭边界线的拓扑关系，并基于判定结果删除在边界内的三角形，以及删除对与边界相交的三角形剖分的且在边界内的新三角形，最终获取完成裁剪的新实景三维模型，从而不但可在各种裁剪视角下灵活地对实景三维模型进行裁剪，还可以通过使用贴合模型表面绘制的封闭边界线，对该实景三维模型进行更加精细的裁剪，进而可适用于所有相交情况，便于实际应用和推广。

技术领域

本发明属于实景三维模型处理技术领域，具体地涉及一种实景三维模型裁剪方法、装置及计算机设备。

背景技术

随着地理信息系统(Geographical Information System，GIS)技术的不断发展，3D数据的发展和应用逐渐成熟，在数字城市、数字管线和数字地质等领域中得到了很好的应用。在过去几十年中，诸多学者提出了多种不同的数据结构，在提升数据的访问和存储效率的同时更加真实的反应了地物。在不区分真3D和准3D的情况下，可将模型按照几何关系统一划分为基于面的模型、基于体的模型和基于混合的模型。

近十年逐渐发展成熟的无人机倾斜摄影测量被广泛用于三维数字城市、滑坡定量分析、冰川调查和露头岩层重建等领域。倾斜摄影测量数据生成的模型属于基于面的模型，基本结构为不规则三角网(Triangulated Irregular Network，TIN)。倾斜摄影测量目标区域一般是大范围的地物，拍摄影像往往较多，通过影像生成的点云数量巨大，如果使用传统的模型格式在同一分辨率下一次性存储由大量的点构成的TIN模型，将显著降低模型的呈现效果。为了解决这个问题，通常使用细节层次模型，以便具有从根节点向下，模型边界越小，模型点密度越高，模型越清晰的特点。但倾斜摄影测量所建模型存在以下问题：(1)由于传感器误差或模型重建误差等因素导致模型失真，局部显示效果差，从而影响模型整体质量；(2)模型中存在无关地物，导致数据冗余，甚至影响对目标地物的研究。因此亟需一种能裁剪倾斜摄影测量三维模型中无关部分的方法来提高模型的呈现效果和可用性。

三维模型裁剪的难度取决于模型的几何结构，结构越复杂，裁剪的工作就越多。基于体的模型通常用于3D打印等领域，这种模型的裁剪过程较复杂，通常在用一个平面裁剪模型表面的同时裁剪内部模型，在两者都裁剪完成之后还要保证内外结构之间良好的连接。基于混合的模型通常是棱柱等几何形态，常用于含有内部信息的3D地质模型中，在对混合模型进行裁剪时需要裁剪棱柱的各个相交面。基于面的模型常用于不具有内部信息的数据，裁剪表面模型只需要裁剪模型表面；以三角网表面模型为例，通常使用一个平面裁剪模型，计算平面与模型之间的交点并将其构造成裁剪边界，剖分与边界相交的三角网，并根据与平面的相对关系，确定新生成三角形是否保留，完成对模型的裁剪。

平面裁剪的相交情况较为简单，一般只有相交于三角形的两条边和相交于三角形的顶点两种情况，裁剪实现比较容易，但是用平面裁剪复杂的表面模型，往往需要经过多次裁剪才能达到裁剪效果，同时裁剪后模型边界变得笔直，不具有起伏。而使用曲线确定裁剪区域能灵活地选择裁剪区域，且保证裁剪边界能够保留模型目标物应有的起伏，但是曲线作为裁剪条件，曲线和三角形的相交情况变得复杂，有多种可能的结果，算法设计难免会漏掉一些相交情况。因此，需要找到一种适用于所有相交情况的三角网裁剪方法。

此外，尽管倾斜摄影测量三维模型已经得到广泛地应用，但目前文献中很难找到有效的算法用于裁剪具有细节层次结构的倾斜摄影测量三维模型。SuperMap软件能够使用一个平面裁剪倾斜摄影测量三维模型，它的裁剪视角固定，只能沿着垂直于地表的方向裁剪模型，这种方式对于建筑物等直上直下的目标物有着较好的支持，能够用于城市建筑物的单体化，但是并不适用于裁剪具有倾斜角度的地物和垂直方向上有重合的模型，例如岩层面；同时还存在平面裁剪不能很好选择裁剪区域的弊端。

发明内容