[发明专利]一种数字乡村三维模型的区块拼接方法

说明书

本发明涉及一种数字乡村三维模型的区块拼接方法。该方法利用计算机技术的数字乡村三维模型的区块拼接方法，能够以较小的纹理扭曲为代价，实现相邻区块的三维网格模型的无缝拼接合并，包括以下步骤：利用重叠区域计算出相邻区块的切平面，使用切平面切分相邻区块中的重叠区域；计算出相邻区块在切除多余重叠区域后的模型边界线集，实现边界线段的对应关系匹配；合并边界线段，使相邻区块边界线条数量相同；保证每两条对应边界线间的顶点数量相同；实现网格模型的拓扑拼接。本发明的优点在于：适应于网格模型复杂的拓扑形态，可以修复因误差造成的模型修复，以极小的纹理变形实现了网格模型的拼接。

技术领域

本发明涉及一种利用计算机技术的数字乡村三维模型的区块拼接方法，能够以较小的纹理扭曲为代价，实现相邻区块的三维网格模型的无缝拼接合并。

背景技术

目前，在数字乡村三维模型的应用构建中，利用多视角航拍的三维重建技术可以获得范围大、精细度高且包含纹理的乡村场景三维模型，受到广泛的应用。

因为三维模型的精度较高，现有的三维重建方法难以实现整个乡村场景一次性建模，通常采用分块建模的方法。由于计算机内存的限制，精度要求越高，分块建模区域的范围就只能越小。另一方面，分块的三维场景也有利于结合动态加载可见区域和动态卸载不可见区域的策略，快速将主要区域的网格模型渲染至屏幕，达到实时可视化的目的。

然而，虽然每个小块的数据量大不，但如果块数很多，依然容易导致三维模型加载阶段卡顿的问题。因此，需要一种方法，将相邻的分块三维模型拼接起来，得到更大的分块三维模型，既不影响三维建模的过程，也缓解了大范围场景初始加载时的卡顿问题。

由于受到内存大小限制以及航拍精度、网格模型重建算法的采样精度和物体遮挡等影响，重建的结果在区块边界可能产生误差，因此即使是相邻的两个区块，在其重叠的区域的模型形态仍会有所差距，有时甚至连拓扑结构都不一样。另一方面，网格模型的纹理作为表现模型表面色彩及内容细节的重要元素，虽然丰富了网格模型的语义信息，但同时也限制了网格面片的变形和创建。因此，复杂的拓扑形态和纹理信息的约束为网格模型的拼接带来了巨大的挑战。

目前，模型拼接技术从拼接面变形的角度可以分为2种拼接形式：直接拼接和重建修复拼接。直接拼接的方法利用模型的边界条件或相交情况直接快速地对网格模型进行拼接，拼接痕迹较为明显，一般需要通过结合网格平滑的后处理得到较为自然的过渡结果。但其优势也在于此，相比与重建修复的方法，该方法不会改变待拼接模型的顶点。而相比于直接拼接，重建修复拼接的方法通过依赖点云或者体素进行网格重建以实现表面复原，可以获得自然且平滑过渡网格曲面，但其修复细节较差，不能保证纹理修复结果，因此仅适用于不包含纹理的网格模型。

尽管上述2种网格模型拼接方法的研究已经较为深入，但是其中大部分的网格模型拼接方法的本质仍是理想化的一对一网格拓扑边界对应的拼接。而在实际情况中，网格模型拼接算法面临的拓扑关系更为复杂，比如网格模型拓扑间的拼接不再是严格的一对一的关系，可能是一对多，甚至也有可能是多对多的对应拼接关系。因此，亟需一种针对带纹理的复杂拓扑网格模型方法，实现复杂拓扑且带纹理的网格模型拼接，提升模型复用率，进一步提高网格模型拼接的适用性。

发明内容

为实现带纹理、拓扑复杂的数字乡村三维模型相邻区域的无缝拼接，本发明提供了一种数字乡村三维模型的区块拼接方法，能够实现复杂拓扑的网格模型拼接，在不改变网格模型纹理贴图文件的情况下，以少量的纹理扭曲实现网格模型纹理的连续性。

该方法的具体步骤如下：

步骤1、对于相邻区块的三维模型A和三维模型B，通过包围盒检测的方法计算出重叠区域，并利用重叠区域计算出切平面，然后使用切平面切分三维模型A和三维模型B中的重叠区域，然后丢弃多余重叠区域。