海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的展現(xiàn)及應(yīng)用

胡慧峰

【摘 要】隨著實(shí)景三維數(shù)據(jù)獲取方式的多樣化及應(yīng)用的普遍性，生成的海量數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)及流暢瀏覽應(yīng)用成為實(shí)景三維數(shù)據(jù)能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。論文介紹的全息虛擬系統(tǒng)可將海量三維模型數(shù)據(jù)無(wú)損壓縮，秒級(jí)加載，實(shí)現(xiàn)超大場(chǎng)景的數(shù)據(jù)管理和快速表達(dá)，并逼真的呈現(xiàn)，具廣闊的應(yīng)用前景。

【Abstract】 With the diversification of the acquisition method of real scene 3D data， and the universality of its application， the processing， storage and smooth browsing of the generated massive data has become the key to the wide application of real scene 3D data. The holographic virtual system introduced in this paper can compress the massive 3D model data losslessly， load in the second order， realize the data management and fast expression of the super-large scene， and present it realistically， which has a broad application prospect.

【關(guān)鍵詞】海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)；全息虛擬系統(tǒng)；應(yīng)用研究

【Keywords】massive real 3D data； holographic virtual system； application research

【中圖分類號(hào)】P208 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）11-0140-02

1 引言

隨著采集數(shù)據(jù)的技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及針對(duì)空間信息化作戰(zhàn)要求的不斷提升，要實(shí)現(xiàn)超大場(chǎng)景的數(shù)據(jù)管理和快速表達(dá)等不同地物信息化程度越來(lái)越高，對(duì)于超大場(chǎng)景的信息化管理要求也越來(lái)越高[1]。面對(duì)現(xiàn)代化的管理要求，不僅需要保證單位裝備硬件上的性能卓越，更需要應(yīng)對(duì)信息化集約管理要求，實(shí)現(xiàn)高效快速還原、低信息損失的快速管理?；诖耍疚囊匀⑻摂M系統(tǒng)為研究對(duì)象，講述了全息虛擬系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和全息虛擬系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換特征，簡(jiǎn)要分析了海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 全息虛擬系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

全息虛擬系統(tǒng)是應(yīng)用三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、海量三維數(shù)據(jù)快速加載技術(shù)以及全息虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多種技術(shù)融合，通過(guò)全三維，全方位，全圖像、全視覺(jué)解析模式，實(shí)現(xiàn)高效的外業(yè)三維空間數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)成果立體展示和虛擬仿真應(yīng)用。其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

①不依賴顯示設(shè)備硬件，可以高速加載城市級(jí)別實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)。

②同時(shí)配備雙通道三維動(dòng)捕與視覺(jué)互動(dòng)運(yùn)算系統(tǒng)，使之成為多用戶多人全息互動(dòng)系統(tǒng)?？梢栽谕粋€(gè)全息桌面上同時(shí)提供兩套可被使用者自主控制的主視野，以及與之相配合的兩套主控互動(dòng)控制器，滿足兩組用戶實(shí)時(shí)對(duì)同一場(chǎng)景的互動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)多人對(duì)同一方案的瀏覽互動(dòng)研討。

③udWeb的數(shù)據(jù)模型可存放在云存儲(chǔ)服務(wù)器上或服務(wù)器內(nèi)網(wǎng)，無(wú)須提前將模型整體下載到本地即可瀏覽。

④用戶使用受限制較弱，可以通過(guò)瀏覽器或者手機(jī)APP等功能，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地在線瀏覽大規(guī)模三維模型、點(diǎn)云模型。

⑤實(shí)現(xiàn)了在線數(shù)據(jù)漫游，用戶可以借助圖形化的按鈕或者鼠標(biāo)鍵盤(pán)的方式在超大規(guī)模三維模型中漫游，也可以通過(guò)鼠標(biāo)的操作進(jìn)行距離的量算[1-2]。

3 全息虛擬系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換特征

①對(duì)多種類型來(lái)源的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)優(yōu)化轉(zhuǎn)換與多任務(wù)管理，得到其對(duì)應(yīng)的高速流式點(diǎn)云格式的模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于海量三維數(shù)據(jù)的高速可視化、中央存儲(chǔ)與在線協(xié)作共享功能。支持的數(shù)據(jù)來(lái)源包括：三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；攝影測(cè)量三維圖像數(shù)據(jù)；人工三維建模；其他類型的三維數(shù)據(jù)等。

②可選擇在流式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)體積最高可被壓縮至原體積的20%～5%，從而從數(shù)據(jù)壓縮比的角度來(lái)提升對(duì)于在線共享速率的支撐。

③在轉(zhuǎn)換前可設(shè)定的參數(shù)包括：a流式數(shù)據(jù)模式，uds常規(guī)模式，udg大規(guī)模數(shù)據(jù)模式（多用于地域面積極大的信息，比如城市及以上規(guī)模，以提升數(shù)據(jù)三維可視化管理協(xié)作的效率）b轉(zhuǎn)換的精度設(shè)置，最高支持0.01mm的轉(zhuǎn)換精度；c轉(zhuǎn)換的點(diǎn)的數(shù)量的設(shè)定，可用于大批量正式轉(zhuǎn)換之前的轉(zhuǎn)換采樣測(cè)試；d原始點(diǎn)云之中包含的分類屬性信息的繼承與否的選項(xiàng)；e投影坐標(biāo)系信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)投影坐標(biāo)系的展示與隱藏，以及投影坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換；f色彩位元及反射率/強(qiáng)度值范圍設(shè)定，以及色彩的伽馬校正選項(xiàng)；g版權(quán)信息設(shè)定；h數(shù)據(jù)源的地理信息的尺寸單位設(shè)置；i對(duì)于源文件為人工三維建模的數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換前可進(jìn)行光效貼圖的導(dǎo)入，以及色彩反轉(zhuǎn)的選項(xiàng)[2]。

④轉(zhuǎn)換目標(biāo)文件夾設(shè)置和轉(zhuǎn)換任務(wù)的記錄與管理。

4 海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 數(shù)字城市建設(shè)方面的應(yīng)用

驅(qū)動(dòng)智慧城市發(fā)展，以車載、船載、無(wú)人機(jī)、航拍的方式進(jìn)行城市建筑體三維掃描及拍攝，重點(diǎn)建筑物精細(xì)掃描為點(diǎn)云數(shù)據(jù)或傾斜模型數(shù)據(jù)，以進(jìn)行數(shù)字化城市、模型聯(lián)動(dòng)等功能，制作成三維城市模型（圖1）等圖件。

4.2 城市展廳/企業(yè)展廳建設(shè)方面的應(yīng)用

該系統(tǒng)加載實(shí)景三維數(shù)據(jù)后，用戶可以通過(guò)多角度的視域進(jìn)行查看城市三維面貌或工業(yè)園區(qū)的未來(lái)規(guī)劃圖等。此外，全息系統(tǒng)可以根據(jù)自身需求進(jìn)行自由縮放、移動(dòng)，再編輯圖形等，廣泛地應(yīng)用于介紹城市整體狀況、招商園區(qū)的介紹、大型企業(yè)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、房地產(chǎn)項(xiàng)目的三維展覽等，還可以應(yīng)用于城市整體布局與規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面。

4.3 文物保護(hù)方面的應(yīng)用

歷史文物與古跡數(shù)字化存檔，數(shù)字化博物館已經(jīng)成為很多博物館的戰(zhàn)略選擇。通過(guò)全息掃描，以及高清化處理，博物館的全部展品可以不受時(shí)空限制地對(duì)大眾展出，對(duì)展品安保，展覽空間的節(jié)約，觀看的便利性等提供了極大的價(jià)值。

4.4 城市規(guī)劃方面的應(yīng)用

城市規(guī)劃部門(mén)可將設(shè)計(jì)好的建筑模型植入到拍攝好的3D圖形文件中，任意拖動(dòng)位置來(lái)進(jìn)行擺放設(shè)計(jì)，觀察、體驗(yàn)建成效果。例如在城市中設(shè)計(jì)一座橋梁，我們可以將這座橋梁的設(shè)計(jì)圖直接導(dǎo)入到城市的三維模型數(shù)據(jù)中，這樣設(shè)計(jì)師就可以從各個(gè)角度觀看這座橋建造好后的狀態(tài)，包括站在橋梁上觀看周圍的場(chǎng)景。

4.5 全息虛擬旅游方面的應(yīng)用

旅游勝地視覺(jué)化游覽，有了視覺(jué)游覽技術(shù)，任何人都有機(jī)會(huì)不受時(shí)空限制去游覽感興趣的目的地和場(chǎng)所。我們可以運(yùn)用SolidScan技術(shù)，真實(shí)還原世界眾多著名景點(diǎn)、建筑、文物古跡等，讓世界各地的“全息旅行者”可以游覽和欣賞到這些景觀和物品。

4.6 全息虛擬教育方面的應(yīng)用

在全息虛擬系統(tǒng)中加載實(shí)景三維數(shù)據(jù)，可查看教學(xué)需要的各類植被、地形、地貌、地類等，很大程度上可代替外業(yè)練習(xí)，野外實(shí)習(xí)，提高教學(xué)安全性，并可制作加載課件，增加教學(xué)互動(dòng)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.7 產(chǎn)品展示方面的應(yīng)用

產(chǎn)品的展示以三維模型效果最佳，給閱讀者以身臨其境的感覺(jué)。因此，如房地產(chǎn)等行業(yè)大量使用三維模型進(jìn)行宣傳工作，可以增強(qiáng)產(chǎn)品的豐富生動(dòng)感。此外，加入動(dòng)態(tài)模擬的內(nèi)容可以讓用戶與產(chǎn)品產(chǎn)生交互體驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以全息虛擬系統(tǒng)為研究對(duì)象，講述了全息虛擬系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及高速加載海量數(shù)據(jù)的特征，能很大程度上解決傳統(tǒng)存儲(chǔ)、瀏覽海量三維數(shù)據(jù)對(duì)硬件要求極高以及卡頓的痛點(diǎn)，并從數(shù)字城市、企業(yè)展廳、文物保護(hù)、城市規(guī)劃、全息虛擬旅游、全息教育及培訓(xùn)和產(chǎn)品展示等方面講述了海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的應(yīng)用，為拓展系統(tǒng)的應(yīng)用前景提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

【1】朱竹青. 基于GPU的數(shù)字全息虛擬系統(tǒng)實(shí)時(shí)探測(cè)三維物體動(dòng)態(tài)變化的實(shí)驗(yàn)研究[A].中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C].中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)，2010.

【2】向根祥. 數(shù)字全息的信息量及其三維輪廓生成理論研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2005.