一种基于八叉树索引的海量点云分层实时渲染方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113870402A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111066203.7(22)申请日2021.09.13(71)申请人中铁第一勘察设计院集团有限公司地址710043陕西省西安市雁塔区西影路二号(72)发明人张邵华杨秉岐武瑞宏田社权袁永信张占忠张卫龙杨远超何小飞田生辉(74)专利代理机构西安新思维专利商标事务所有限公司61114代理人李罡(51)Int.Cl.G06T15/00(2011.01)权利要求书4页说明书8页附图3页(54)发明名称一种基于八叉树索引的海量点云分层实时渲染方法(57)摘要本发明公开了一种基于八叉树索引的海量点云分层实时渲染方法。三维激光扫描数据量往往达到GB甚至TB级，若点云不能做到实时刷新，则不能满足海量点云可视化的需求。本发明包括点云三维格网分块、结合八叉树特征的微小点云块融合、点云分块二进制bin文件动态输出、点云分块二进制bin文件的多级索引构建、泊松圆盘均匀采样、层次结构输出与点云实时分层调度渲染六大步骤。本发明对点云文件进行三维格网分块，大大减少了内存消费，提高了索引查询效率；采用改进泊松圆盘采样策略，避免了数据冗余。CN113870402ACN113870402A权利要求书1/4页1.一种基于八叉树索引的海量点云分层实时渲染方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：点云三维格网分块；步骤二：结合八叉树特征的微小点云块融合；步骤三：点云分块二进制bin文件动态输出；步骤四：点云分块二进制bin文件的多级索引构建；步骤五：泊松圆盘均匀采样；步骤六：层次结构输出与点云实时分层调度渲染。2.根据权利要求1所述的一种基于八叉树索引的海量点云分层实时渲染方法，其特征在于：所述步骤一包括如下步骤：1)根据点云文件头记录的坐标范围及点云个数，定义三维空间格网单元的边长大小；依据所述三维空间格网单元的边长大小，定义三维格网线性编码数组；2)固定读取点云文件中一百万个点，依据数据的地址位链接访问所述一百万个点的点坐标，并定义线程池，采用多线程机制动态循环并行读取点云数据；3)根据点云文件头记录的坐标范围，计算每个点在三维格网中的位置索引及线性索引编码；以线性编码方式进行单元块的映射，并分别统计落入各个三维网格单位中的点个数；所述每个点在三维格网中的位置索引计算公式如下：posSize＝(Max‑Min).max()所述每个点在三维格网中的线性索引编码计算公式如下：index＝nx+ny*gridSize+nz*gridSize*gridSize式中，index—各点线性索引编码；(nx,ny,nz)—各点位置索引；gridSize—三维空间格网单元的边长大小；posSize—三维坐标差最大值。3.根据权利要求1所述的一种基于八叉树索引的海量点云分层实时渲染方法，其特征在于：所述步骤二包括如下步骤：1)定义点云块点个数阈值threshold1，以所述三维空间格网单元边长的对数作为金字塔最大分层levelmax；2)从所述金字塔最大分层开始从下往上层级循环，依据所述每个点在三维格网中的位置索引及线性索引编码，访问各点的八个临近节点，计算八个单元块点个数总和；3)若所述八个单元块点个数总和小于等于点云块点个数阈值threshold1，进行块融合处理；若所述八个单元块点个数总和大于点云块点个数阈值threshold1，根据位置编码及当前层级，保存各个节点node，建立对应的节点查询索引编码luIndex，并设置标识符flag＝true，表示此单元块已完成融合；所述保存各个节点node方法如下：位置编码索引(mx,my,mz)定义公式如下：2CN113870402A权利要求书2/4页式中，位置编码(ox,oy,oz)的值为{(0，0，0)，(0，0，1)，(0，1，0)，(0，1，1)，(1，0，0)，(1，0，1)，(1，1，0)，(1，1，1)}；i＝0,1,2,3,4,5,6,7；nx/ny/nz为三维格网坐标轴的单元序号；所述节点查询索引编码定义公式如下：式中，currentGridsize＝2level，luIndex的初始值为04)逐层循环步骤2)和3)获得具有金字塔结构的八叉树点云分块结果；5)根据存储的分块节点node，完成三维格网合并后索引的构建，后续每个点坐标落入对应块建立查询表，即完成三维格网点云块的融合处理。4.根据权利要求1所述的一种基于八叉树索引的海量点云分层实时渲染方法，其特征在于：所述步骤三包括如下步骤：1)对读取的固定点个数进行循环，根据每个点坐标在三维格网中的线性编码及所述查询表，判断每个点落入的点云块节点；2)对点云坐标减去坐标范围的最小值，并与比例尺相除，取整的结果以二进制格