一种对三维道路模型进行提取与简化的方法

摘要

本发明公开了一种对三维道路模型进行提取与简化的方法，在待提取道路要素的模型中获取多面片基准面，构建六边形包围盒并正交投影至二维，在保留了颜色与深度信息的条件下，极大地简化了复杂三维场景中道路勾画的操作难度，并根据道路提取区域获取其对应的空间与纹理坐标，达到了自动化构建道路模型的效果。本发明以计算机空间解算技术代替了原有的人工目视解译工作，有效保证了大规模三维场景下道路要素的提取效率与准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及三维建模、三维要素提取与简化技术领域，尤其是涉及一种对三维道路模型进行提取与简化的方法。

背景技术

高精度地图场景建模技术，尤其是道路模型提取技术，一直是自动驾驶领域中最为基础和重要的技术焦点之一。然而，当前车道建模的主要方法仍依赖大量的人工操作，在基于真实世界的大规模场景(如航拍倾斜摄影测量模型)中，往往数据量十分庞大，模型处理非常困难，且道路要素提取需要专业人员在自定义的多种视口下对路网边界进行勾绘，该方法在大场景下操作极为不便，视口位置、姿态的选择需要消耗大量时间和精力，同时由于其他要素的视口遮挡、覆盖，常常会导致路网要素的提取缺失或重复。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现提高道路模型提取效率与精度的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种对三维道路模型进行提取与简化的方法，包括如下步骤：

S1，待简化的原始三维场景模型Model_raw由一组多边形面片表示其几何形状，且每个面片上带有纹理，原始三维场景的重力方向为g，根据原始三维场景模型Model_raw的面片，计算出N个平面，称为基准面，N个基准面形成基准面集合S，所述基准面满足以下条件：(1)原始三维场景模型中存在的面片，到所述基准面的距离小于预先给定的距离阈值，(2)所述基准面法线方向与重力方向g的夹角在夹角阈值范围内；

S2，历遍基准面集合S中的每一个基准面f

S21，沿f

S22，沿基准面f

S23，以六面体box作为视域体，采用正交投影的方式，以平面f_up或f_down为投影平面，用三维图形绘制方法将Fset中的所有面片进行光栅化绘制，光栅化绘制结果保存到颜色图像I

S24，在颜色图像I

S25，根据标识出的道路区域，在颜色图像I

S26，对每一个采样点q∈Q，根据q在颜色图像I

S27，以采样点集合Q中的采样点为顶点，构造三维网格模型M

S3，合并所有三维网格模型M

通过构建一系列基准面，将复杂三维模型拆分为多个参考面投影，预先剔除非道路几何形状的对象，通过设计视域体与正交投影，使三维道路要素投影至二维平面，将原本道路提取的工作由三维空间转换至二维，减缓了路网勾画所需的人力与算力开销，之后，通过保留颜色与深度图像信息，使得采样点能够反算得到真实的三维坐标与纹理信息，完成自动化构建路网模型，实现了模型的高质量保真。本方法简化了道路勾画操作难度，简化了场景，提供了路网自动化提取条件，降低了数据处理难度，提高了道路模型的提取效率与精度，且实现简便，手段灵活，三维道路提取效果能得到显著保证。

进一步的，所述步骤S24中的道路区域，是标注出道路外边界集合，以及标注出道路中间不属于道路本身的道路内边界集合，道路内边界集合和道路外边界集合共同构成道路区域。

进一步的，所述步骤S25的具体内容，根据标识出的道路区域，在颜色图像I

进一步的，所述对构成多边形的每条线段依次进行采样是均匀采样，在I

进一步的，所述步骤S26中，根据绘制生成颜色图像I

进一步的，所述步骤S27中，以采样点集合Q中的采样点为顶点，三角化构造出三维网格模型M

进一步的，所述步骤S24中，标识出道路区域，采用人工交互进行标识，或程序自动标识，或采用人工交互和程序自动相结合的标识方式。

进一步的，所述步骤S1中，原始三维场景模型中存在的面片到所述基准面的距离，是通过3D Hough变换或Ransac方法，查找面片平均距离最小的面片集合和基准面。

本发明的优势和有益效果在于：

本发明通过构建一系列基准面的方法，将复杂三维模型拆分为多个区域，预先剔除非道路几何形状的对象，简化了场景，降低了数据处理难度；通过设计视域体与正交投影，将三维道路要素投影至二维平面，减缓了路网勾画所需的人力与算力开销；通过保留颜色与深度图像信息，使得采样点能够反算得到真实的三维坐标与纹理信息，实现了模型的高质量保真。方法实现简便，手段灵活，三维道路提取效果能得到显著保证。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明中对三维场景模型进行平面检测的结果示例图。

图3为本发明中位于平面f_up和f_down之间或者与平面f_up和f_down相交的面片集合Fset的结果示例图。

图4为本发明中对Fset的所有面片沿f_down进行正交投影光栅化绘制得到的颜色图像I

图5为本发明中对Fset的所有面片沿f_down进行正交投影光栅化绘制得到的深度图像I

图6为本发明中由道路内边界集合和外边界集合构成的道路区域的结果示例图。

图7为本发明中原始模型中部分道路的简化结果示例图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明提出一种对三维场景模型中的道路进行提取和简化建模的方法，该方法包括如下步骤：

1、利用3D Hough变换对三维场景模型的所有顶点进行平面检测，将检测出每个平面称为基准面，这些基准面形成基准面集合S。通过控制拟合平面的参数使得原始模型中存在一定数量的面片到基准面的距离小于给定的阈值，同时基准面法线方向与重力g方向的夹角在一定阈值范围内。如图2所示，对从倾斜摄影重建出的部分城市模型进行平面检测的结果，检测出1个基准平面，图中标记为深色的顶点是符合上述要求的面片顶点集合；

2、遍历基准面集合S中的每一个基准面f

2.1、沿f

2.2、将二维定向包围盒rect沿f

2.3、以六面体box作为视域体，以f_down为投影平面进行正交投影，使用三维计算机图形软件Blender的Eevee渲染引擎对Fset中的所有面片进行光栅化绘制，如图4、5所示，分别为光栅化绘制得到的颜色图像I

2.4、在颜色图像I

2.5、在颜色图像I

2.6、对每一个采样点q∈Q，根据q在颜色图像I

2.7、以采样点集合Q中的采样点为顶点，利用约束Delaunay三角化构造出三维网格模型M

3、将步骤2.7构造出的三维网格模型以及其引用的颜色图像进行合并，得到最终简化的道路模型。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。