基于自动建模的室内实景三维展示系统设计与实现

Science&TechnologyVision科技视界基于自动建模的室内实景三维展示系统设计与实现魏曦1孙艳芝2渊1.中国电子科技集团公司电子科学研究院袁中国北京100041曰2.中国城市建设研究院有限公司袁中国北京100120冤揖摘要铱本文初步探索利用室外大规模场景的倾斜摄影与三维实景自动建模技术用于室内三维实景精细模型构建的实验遥该方法利用高清相机作为数据获取设备袁在保证拍摄连续性尧与目标物距离和一定的影像重叠度的情况下袁快速构建室内三维实景精细模型袁并研发了室内三维实景展示系统平台袁最后介绍了该平台在大型展览活动中的应用遥实验探索了全新的室内三维实景模型构建模式袁模型结果更加真实袁为室内三维环境构建提供了新的思路遥揖关键词铱自动建模曰室内实景三维曰高精度模型曰三维展示系统中图分类号院TM76文献标识码院ADOI院10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.008文章编号院2095-2457渊2019冤12-0018-0030引言在智慧城市理念的指导下袁未来城市发展对城市管理与规划提出了更高的要求遥深入的室内三维建模技术是现代城市管理的必要保证条件和重要技术组成部分遥在室内建模过程中存在两个关键问题:快速三维建模和空间模型精度问题遥然而袁现代城市的功能和结构趋于多样化和复杂化袁现有底层数据库的数据源和空间精度不能满足快速尧真实精确的要求遥传统的室内三维模型以手工模型为主袁成本高且工期长袁并且相比较于三维实景模型而言真实感较差遥而三维实景自动建模能够减少人工成本袁缩短工期袁提升模型的真实感遥本文以室内三维实景展示为出发点袁设计与构建室内三维实景展示系统袁综合运用计算机技术尧地理信息系统渊GIS冤技术尧多媒体技术尧数据库技术尧图形图像处理技术尧海量数据存储技术袁地理信息数据处理和转换尧图形编辑尧三维重建技术尧多媒体信息检索查询尧二三维动态交互等功能于一体袁将室内三维实景模型数据充分用于室内展馆展览遥维实景模型数据袁通过真实的三维场景进行信息集成,主要的步骤是运用光束法区域网整体平差,形成不规则三角形网格,随后运用不规则三角网构成白膜,将其三角形网格映射其中,对模型进行精细化处理后形成三维实景场景袁最终得到室内每个展台的模型袁如下图1所示遥a.展厅整体三维实景模型图1室内三维实景模型成果b.单个展台模型2室内三维实景展示系统设计11.1室内三维实景模型构建高清数据获取为建立高精度的室内三维实景模型袁首先需要进行高清影像数据获取袁其主要利用高清单反相机辅助以相机高架作为高精度原始影像数据的获取手段,每张照片有效像素为3040万遥在保证拍照连续的情况下袁连续照片之间的横向和纵向的重叠度在80%以上遥1.2数据处理将获取的的高清室内影像经过分类尧匀光匀色等处理后袁结合第三方自动建模系统进行处理袁构建室内三室内三维实景展示系统空间数据基础平台建设目的是构建空间应用服务平台袁采用基于WebGL尧SOAP尧WSDL尧UDDI的WebService技术向各应用系统提供服务袁提供接口使各异构系统可方便获取数据级和应用程序级的服务遥WebService是一种新的Web应用程序分值袁他们是自包含尧自描述尧模块化的应用袁可以发布尧定位尧通过Web调用遥WebService可以执行从简单的请求到复杂商务处理的任何功能遥一旦部署以后袁其他WebService应用程序可以发现并调用它部署的服务[4]遥2.1总体架构室内三维实景展示系统采用基于浏览器的B/S架构模式袁较传统的基于组件技术和C/S模式来说更为高效便捷袁其逻辑层次上总体表现为院在信息基础设施和支撑环境平台上建立空间数据基础平台的信息体系袁包作者简介院魏曦渊1986.06要冤袁男袁河北唐山人袁汉族袁博士研究生袁中国电子科技集团公司电子科学研究院袁工程师袁研究方向院倾斜三维实景建模及遥感遥淫基金项目院国家重点研发计划(No.2017YFC0803300)曰北京市科技计划项目渊No.Z181100009818020冤遥18科技视界Science&TechnologyVisionScience&TechnologyVision科技视界括基础地理空间信息数据库尧地理空间信息共享与管理平台尧地理空间信息应用服务平台袁在此基础上建立室内三维实景展示系统袁面向室内三维实景展示系统的各种信息实体和用户实体提供数字化尧网络化尧虚拟化尧智能化应用和各种服务遥室内三维实景展示系统平台总体结构图如图2所示院图2室内三维实景展示系统总体结构室内三维实景展示系统按其组成可分为基础数据平台1尧基冤通础基讯的础链数数路尧管理平台尧Web服务四个部分遥据据平平台台是GIS综合服务系统服务的内容袁没有数据就没有很好的服务袁甚至于没有服务遥基础的数据平台包含能提供空间地理位置的空间数据库尧为指定的地名2提供详细的地址以及其他相关信息的数据通冤讯通库遥链讯路链在路系统中是传输数据的通道袁由于用户对空间信息需求的不同袁系统向用户传输的数据量也不同袁因此系统就必须考虑用户所能接受的系统响应时间袁而通讯链路从根本上决定了数据的传输速率袁所以通讯链路的不同3影响了终端上实在冤整管个理系平统台现的功能遥中袁管理平台是整个系统的核心袁提供基本的地理信息服务袁所有基于地理信息的服务都是基于管理平台提供的地理信息之上的遥管理平台的职能是响应用户各类基本地理信息服务要求袁完成用户所需信息的定制袁根据不同的用户类型和不同的请求决定信息发送策略4袁将用户开冤所需信息高效安全的发送到至用户遥发Web接口服解务决开应发用接级口地理空间数据共享袁即应用系统通过平台提供的开发接口来访问平台地理空间数据和Service地理信息功能遥本系统提供的开发接口是通发接口来的实现的WebService遥客户端地址通过管理和口令遥平台门客户端户获取过开发最新开Web接口无须了解平台本身复杂尧繁琐的空间数据结构和GIS功能袁而直接使用与开发平台相对应的开发接口袁简化开发袁降低开发与集成难度袁并且有效避免开发人员直接面2.2对空间数据带来的安全隐患遥室架内构三模维式实景展示系统采用分层式系统架构袁从上至下分别为表示层尧业务逻辑层尧GIS支撑层尧数据访问1层2冤冤数和数据数据层据访袁层问负遥层责袁存负放责大数型据关库系数据库和文件曰和服3冤GIS支撑层袁负责实现地理的信访息问系和统操的作相曰关功能有关4务冤业曰务逻辑层袁是整个系统的核心袁与系统的业务统的5曰交冤表互示遥层袁是系统的UI部分袁负责用户与整个系系统技术逻辑架构图如图3所示院图3室内三维实景展示系统技术逻辑架构图2.3室系内统三运维行实模景式展示系统的运行模式是指各类用户如何借助室内三维实景展示系统实现各自的业务处理和逻辑应用遥随着Internet技术的飞速发展袁出现了现代网络Internet计算模式遥室内三维实景展示系统的运行采用基于统用户的的分绝布大式部尧分异逻构辑互应联用尧都多是协通议过的体Web系模浏式览遥器该呈系现出来的遥用户的事务包括两个方面袁即应用逻辑处理和网络生活方式遥用户的应用逻辑处理采用的是网络计算模式遥用户通过Web服务器的安全机制登录到相关站点袁提出应用处理请求渊如查询尧分析等冤袁应用请求经网络传输协议传达给Web服务器袁Web服务器接收到请求信息后袁通过安全认证尧身份识别等过程袁确认用户请求的有效性遥然后对用户应用进行归类袁根据应用类别选择应用服务器中的应用组件袁以消息形式命令应用组件完成用户的应用袁或允许Web服务器下载相关组件遥应用服务器将响应结果返回Web服务器袁经由Web服务器传送到用户Web浏览器中遥其中袁对室内三维实景展示系统的数据库访问由应用组件通过ODBC或JDBC接口完成遥用户不直接访问和操纵数据库中的数据袁从而保证了2.4数据从Web的安全性遥WebGISGIS设的计设计角度袁WebGIS的设计策略可以概括为野侧重服务器冶和野侧重客户端冶两种策略袁而两种策1略各有其优缺侧冤重侧服重务服器务的器策的点略策遥以略服务器为中心袁主要目的是根据客户端的需要向其提供GIS数据和分析结果遥在这种策略下袁数据与数据处理软件都运行于服务器上袁客户端没有数据处理能力袁仅仅组织尧发送请求和显示服务器的响应结果遥Science&TechnologyVision科技视界19Science&TechnologyVision科技视界其优点在于如果使用一个高性能服务器袁可以让一些用户访问到许多比较难于通过网络进行传输或在客户端本地处理的复杂数据曰可以让一些即使没有使用复杂软件的用户也可以使用一些复杂的分析程序曰可以有效地控制用户对数据的访问袁以保证数据得到正确的使用遥其缺点在于任何一个请求都必须返回到服务器端进行处理袁并在处理完请求后通过Internet返回响应给客户端曰服务器与浏览器之间的Internet的网络带宽和流量是影响系统性能的主要因素袁特别是在服务器响应需要传输大量数据的情况下袁系统没有有效利用客户端计算机的处理能力袁仅仅利用它提交请求和显示响应结果遥2冤侧重客户端的策略侧重客户端的策略袁客户端应用程序分担了一部分原来由服务器负责的处理任务遥往往是一部分GIS功能下载到或驻存于客户端袁对数据的某些处理在客户端本地完成遥其优点是利用了客户端计算机的处理能力曰用户可以对数据分析过程进行更多的控制曰一旦服务器返回了响应袁用户即可以不再通过网络与服务器进行信息交换袁就可以对返回的数据进行处理遥其缺点主要表现在来自服务器的响应可能包含大量的数据或对数据进行处理的小程序袁从而可能导致较长的响应等待曰如果客户端处理能力不足袁则处理数据量较大或比较复杂的数据比较困难袁复杂的GIS分析可能运行缓慢曰为了正确使用数据和分析功能袁用户必须进行必要的培训遥由上述可以得知袁纯粹的侧重服务器或纯粹的重客户端的策略都存在明显的局限院如果需要频繁的数据传输袁侧重服务器的策略情况下袁系统的性能对Internet的网络带宽和网络流量非常敏感曰侧重客户端的策略对客户端的计算机处理能力非常敏感遥也就是说袁如果某些任务超出其处理能力袁则运行起来可能非常缓慢遥综合这两种策略袁最终形成了一种混合型的解决办法袁可以更好地发挥服务器和客户端的优势与潜力遥涉及到繁重的数据库操作或复杂分析的任务让性能高的一方来承担袁一般来说是服务器曰涉及到用户控制的任务让客户端承担遥这样袁双方共享彼此的计算处理能力袁从而使数据和小程序可以进行合理分配袁以使整个系统的性能达到最高遥2.5系统功能设计室内三维实景展示系统的界面包含一个与三维地图进行交互的工具栏尧展示主窗口尧右侧功能窗口和主窗口下方的状态栏遥其中右侧功能区包括图层管理尧区域查询尧两部分袁可以分别选择相应的功能进行操作遥系统界面如下图所示院图4系统主界面系统的主要功能有漫游尧放大尧缩小等对模型的基本操作功能袁以及模型切换尧二三维的联动尧空间属性互查和展厅信息展示的功能遥系统主界面右下角添加了功能按钮用于切换展厅导航图遥点击导航图上面的展台区域即可定位至对应的展台遥在展台列表上方输入展台称或展台名称关键字袁按回车键或查询按钮即可搜索对应的展台并自动定位至该展台遥在展台列表左侧为展台重点展示内容按钮袁点击展示功能按钮即可弹出展台重点展示内容遥3结束语本文提出了一种基于自动建模的室内三维实景模型构建方法袁其模型分辨率能够达到厘米甚至亚厘米级袁可为用户提供超高精度和分辨率的室内三维模型袁并以某展览展厅为例袁构建了室内三维实景展示系统袁给人以直观的视觉冲击以及切身感受遥其目的是为展览保存历史档案袁查询相关信息袁保存展览真实生动的电子档案和持续利用袁为以后室内三维实景展示展览提供有力保障遥同时袁也为室内三维模型构建提供了新的思路遥揖参考文献铱咱员暂马威袁熊汉江袁郑先伟袁龚健雅.室内三维场景纹理手机图片的自动更新方法[J].武汉大学学报渊信息科学版冤袁2019,44渊2冤院254-267.咱圆暂李世和.室内效果图与虚拟现实三维建模对比分析[J].电脑知识与技术袁2018,14渊35冤院205-206.咱猿暂秦文.基于WebService的分布式三维渲染[D].西北大学袁2006.渊上接第15页冤时间延长袁穿越平台次数明显增多袁提示姜黄素能够改善AD模型大鼠的学习和记忆能力遥通过对海马区氧化应激指标的检测发现袁AD模型大鼠海马组织中MDA含量升高袁SOD和GSH-Px活性降低袁给予姜黄素治疗后袁SOD和GSH-Px的活性明显升高袁MDA含量显著降低袁提示姜黄素可能通过抑制氧化应激过程发挥保护作用袁进而改善AD模型大鼠的学习和记忆能力遥揖参考文献铱咱猿暂叶莉莎袁韩园袁刘启星等.姜黄素对阿尔茨海默病大鼠学习记忆及HMGB1和JNK表达的影响.中国病理生理杂志[J].2014,30(6):1114-1118.咱源暂杨融辉袁张宁援姜黄素对阿尔茨海默病作用机制的研究进展援东南大学学报(医学版)[J]援2015袁34(1)院152-155.咱缘暂VinaJ,LloretA,AlonsoD,etal.MolecularbasesofthetreatmentofAlzheimer'sdiseasewithantioxidants:preventionofoxidativestress[J].MolAspectsMed,2004;25(1-2):117-23援咱远暂方威袁胡国章袁刘乃杰.阿尔茨海默病与氧化应激的研究进展.中国老年学杂志[J].2017,37渊20冤:5205-5207.咱苑暂LiuP,ZouL,,JiaoQ,etal.XanthocerasideattenuateslearningmemorydeficitsviaimprovinginsulinsignalinginSTZ-inducedrats[J].NeurosciLett,2013,543:115-120.咱员暂LinL,ZhengLJ,ZhangLJ.Neuroinflammation,GutMicrobiome,andAlzheimer'sDisease[J].MolNeurobiol.2018,55:8243-8250.咱圆暂陈鑫.姜黄素对阿尔茨海默病小鼠学习记忆能力及海马细胞的影响.中国老年学杂志[J].2016,36:6056-6058.20科技视界Science&TechnologyVision