一种点云数据三维可视化渲染方法与计算方法.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CN111127610A(43)申请公布日2020.05.08(21)申请号201911332970.0(22)申请日2019.12.23(71)申请人武汉真蓝三维科技有限公司地址430000湖北省武汉市东湖新技术开发区武大科技园四路研发楼三层304号(72)发明人余行宇张俊赵洲峰杨乾飞刘刚(74)专利代理机构湖北天领艾匹律师事务所42252代理人程明(51)Int.Cl.G06T15/00(2011.01)G06T13/40(2011.01)权利要求书3页说明书6页附图1页(54)发明名称一种点云数据三维可视化渲染方法与计算方法(57)摘要本发明公开了一种点云数据三维可视化渲染方法与计算方法，具体包括以下步骤：S1、首先不排除其它数据，通过转换手段，生成具有标准化定义格式的点云数据，本发明涉及点云数据三维可视化技术领域。该点云数据三维可视化渲染方法与计算方法，通过在数据归一化与分类处理后，进行点云渲染，通过顶点渲染、基于三维网格的映射渲染、基于三角剖分算法的网格重构渲染、点云运动动画和点云粒子动画，实现了点云数据的多种渲染算法，这些算法的渲染方式不同，效果也不一样，具有不同的应用方向，方法之间可互相补充，操作更加可靠，通过高效的算法，实现点云数据的快速渲染，让耗时十几分钟的渲染，降低至几分钟或者几十秒。CN111127610ACN111127610A权利要求书1/3页1.一种点云数据三维可视化渲染方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、首先不排除其它数据，通过转换手段，生成具有标准化定义格式的点云数据；S2、由于数据源文件的格式各不相同，因此在渲染计算之前，通过一个通用的工具对数据进行解析，并生成一个通用格式的.csv中间文件，其中在数据拆分过程中，会自动排斥掉不符合标准化定义的数据，经过处理的中间文件，文件会变得小很多，同时格式清晰，加载时比加载源数据要快几倍至几十倍；S3、数据访问具有唯一性，因此在加载中间数据时，对整个三维空间进行划分，形成唯一的键值，将每个点云都绑定一个键值，这样就保证了点云的唯一化，如果存在相同键值的点云，则只取其中一个，从而实现对数据的归一化处理，数据加载并归一化后，以点云数据字典的形式存储在内存中，可以通过键值访问，当数据量很大的时候，为了快速访问数据，可以对数据进行多级分类，即生成多级的容器，在数据查找时，先查找主容器，再查找次级容器，最后查找数据，当数据需要实现不同的功能时，可基于该功能的需要进行分类，在数据加载时，采用多线程加载手段，大幅提升加载速度；S4、在数据归一化与分类处理后，进行点云渲染，进行顶点渲染时，首先，新建一个三维网格，根据字典数据的点云单位的三维空间坐标，生成三维网格的顶点，根据字典数据的点云单位的渲染数据如能量，根据一个颜色转换算法，计算出三维网格的颜色，根据顶点渲染器，将点云网格渲染出来；S5、进行基于三维网格的映射渲染时，渲染之前，需要将网格模型碎片化，碎片化步骤如下，遍历网格模型的每一个三角面，对三角面按照设定的精度，在三角面内设置剖分点，按照平面的三角剖分算法，把三角面碎化成多个更小的三角面，小角面顶点的法线与原三角面一致，根据设置的剖分点以及新生成的三角面，建立新的网格，完成模型碎片后，再进行渲染，渲染步骤如下，遍历新模型的顶点，将每一个顶点，通过空间换算算法，换算成绝对空间的坐标，根据绝对空间坐标，按点去数据的键值计算方法，获得键值，根据键值，在数据字典中查找到点云数据，如果未查到即表示能量为0，根据点云数据的能量值，获得该顶点的颜色值，在获得所有点的颜色值后，根据frame渲染器，实现新模型的渲染；S6、对基于三角剖分算法的网格重构渲染时，其中先对点云数据进行分割，点云数据的采集方向一般不进行分割，只对其他两个方向进行网络划分，给划分的单元设定键值，方便查询，然后通过三角剖分算法，三角面化，对每一个划分的单元进行三角剖分，根据单内的数据，获得在数据采集方向上的投影，基于投影进行三角剖分，获得顶点数据、颜色及三角面，根据剖分数据，生成模型单元，最后无缝连接，对相邻的两个模型单元，进行补面操作，同时发起合并操作，合并后，网格应最少，这样可以减少渲染支出，即可实现三角面渲染；S7、通过点云运动动画，当点云数据对应的空间位置/能量发生改变时，重新构建模型，整体的模型也跟随改动，如需要，通过GPU进行复杂的计算出模型的改变动量，然后再进行模型重构，可保持高帧率的渲染，然后通过插值的方法，可以实现不同维度如时间、温度变化时，点云模型的改变，从而产生整体运动视觉；S8、然后通过点云粒子动画，首先通过制作三维模型，并绑定骨骼动画，对三维模型的每个网格，进行点云采样，形成一个以网格为键值，点云链表为