阅读说明：本技术 一种建设工程数据模型环境可视化方法及其装置和应用 (A kind of construction project data model environment method for visualizing and its device and application ) 是由 姚建峰 马敏佳 吴铭 于 2019-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种建设工程数据模型环境可视化方法及其装置和应用,本发明的方法及其装置将建设工程的实际环境生成三维环境数据模型,并和建设工程数据模型进行数据对接,最终实现建设工程环境可视化,从而能直观的反映建设工程与其周围地形环境的关系。本发明在桥梁工程规划上的应用,可以为桥梁工程项目前期的施工组织策划提供全面的技术支持。(The invention discloses a kind of construction project data model environment method for visualizing and its device and applications, the actual environment of construction project is generated three-dimensional environment data model by method and device thereof of the invention, and data docking is carried out with construction project data model, it is final to realize the visualization of construction project environment, so as to intuitively reflect the relationship of construction project Yu its surrounding terrain environment.Application of the present invention in science of bridge building planning can be planned to provide comprehensive technical support for the construction organization of science of bridge building project's earlier stage.)

一种建设工程数据模型环境可视化方法及其装置和应用

技术领域

本发明涉及三维可视化技术领域，具体涉及一种建设工程数据模型环境可视化方法及其装置和应用。

背景技术

目前工程建设行业从业人员主要使用的设计绘图软件系统，只通过软件自带图形来表示工程项目所处地理环境信息；在项目规划或者工程设计阶段只能结合所采集环境数据或者图像等参考信息，而无法直观的在设计软件中看到周围的设计环境。

比如桥梁工程，不管是在二维还是三维设计软件中，都看不到桥墩周围的地貌，也看不到桥梁周围的环境，而桥梁工程周围环境对于设计又有较大影响，特别是在桥梁规划阶段，如果能将桥梁周围环境可视化的呈现在桥梁设计软件中，将极大提高桥梁规划效率，降低返工率。

综上所述，需要一种能可视化周围环境并且可结合建设工程图的方案，以方便各个阶段的建设工程设计。

发明内容

为了至少部分解决上述所提到的问题，本发明提供一种将周围环境三维可视化显示并且可以结合建设工程数据模型的方案，具体包括建设工程数据模型环境可视化方法及其装置和应用。

根据本申请的一个方面，提供了一种建设工程数据模型环境可视化方法，该方法包括生成三维环境数据模型和对接数据模型两部分。

其中，生成三维环境数据模型包括：获取图像数据并整理生成所述三维环境数据模型的点云数据，所述图像数据包含标记信息、纹理信息；调用空三计算，配准所述点云数据；调用面绘制算法，根据所述点云数据组成所述三维环境数据模型的网格；调用纹理映射算法，将所述纹理信息映射到所述网格上，生成所述三维环境数据模型；

其中，对接数据模型包括：导入三维建设工程数据模型，所述三维建设工程数据模型包含标记结构；进行标记匹配，所述标记匹配包含匹配所述标记结构和所述标记信息，当匹配成功时，所述三维建设工程数据模型和所述三维环境数据模型之间对接成功，形成三维建设工程及环境数据模型。

进一步地，所述标记匹配包括：自动标记匹配、手动标记匹配或两者相互结合共同完成匹配。

进一步地，所述匹配成功包含：所述标记结构和所述标记信息之间的尺寸和方位均匹配成功。

进一步地，在数据模型对接成功之后，所述方法对所述三维建设工程及环境数据模型进行动态渲染。

根据本申请的另一个方面，提供了一种建设工程数据模型环境可视化装置，包括三维环境数据模型生成模块和数据模型对接模块。

其中，三维环境数据模型生成模块，包含：获取图像数据并整理生成所述三维环境数据模型的点云数据，所述图像数据包含标记信息、纹理信息；调用空三计算，配准所述点云数据；调用面绘制算法，根据所述点云数据组成所述三维环境数据模型的网格；调用纹理映射算法，将所述纹理信息映射到所述网格上，生成所述三维环境数据模型；

其中，数据模型对接模块，包含：导入三维建设工程数据模型，所述三维建设工程数据模型包含标记结构；进行标记匹配，所述标记匹配包含匹配所述标记结构和所述标记信息，当匹配成功时，所述三维建设工程数据模型和所述三维环境数据模型之间对接成功，形成三维建设工程及环境数据模型。

进一步地，数据模型对接模块中的标记匹配包括：自动标记匹配、手动标记匹配或两者相互结合共同完成匹配。

进一步地，数据模型对接模块中的匹配成功包含：所述标记结构和所述标记信息之间的尺寸和方位均匹配成功。

进一步地，该装置还包括动态渲染模块，用以动态渲染数据模型。

根据本申请的另一个方面，提供了该建设工程数据模型环境可视化方法在桥梁工程规划上的应用，该应用中，所述图像数据为POS数据，所述POS数据通过无人机航拍获得。

进一步地，该建设工程数据模型环境可视化方法在桥梁工程规划上的应用，该应用中，在所述无人机航拍之前，在桥梁现场环境中的桥墩或承台位置设置标记信息，所述标记信息为颜色或图案。

本申请的建设工程数据模型环境可视化方法及其装置，可以实现建设工程数据模型和环境数据模型数据对接，从而将建设工程现场及其地形环境的真实感官效果展示给建设工程项目策划和管理人员，使其可以对项目现场的环境、资源数据进行多方位、多层次的观察和交互，从而提高施工策划的可行性和准确性；以及本申请的方法在桥梁工程规划上的应用，可以为桥梁工程项目前期的施工组织策划提供全面的技术支持。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例的整体流程示意图；

图2是本申请实施例的三维环境数据模型生成流程图；

图3是本申请实施例的数据模型对接流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

应当理解，此处以本申请在桥梁工程上的应用，仅为本申请方法及其装置的一种实施例，仅用以解释本发明的一种应用，并不用于限制本发明；显然，还可将本发明应用到其他建设工程当中且适用本发明技术方案的场景。

如图1、图2所示，在本实施例中，提供了一种建设工程数据模型环境三维可视化方法。

其中，生成三维环境数据模型的步骤具体如下：

获取图像数据，其中，先在建设工程现场利用全站仪或其他技术放样建设工程的主体结构部件作为坐标点，并在坐标点上用石灰或油漆等做出特定颜色或图案作为标记信息，使其能明显的呈现在之后的数据模型中；再通过三维软件、仪器设备、图像或视频等方法构件环境数据，该数据应当包括有标记信息、纹理信息。

整理图像数据并去除不符合三维建模要求的数据，将符合要求的数据组成点云数据；进行空三计算，可以采用光学机械法空中三角测量，在全能型立体测量仪器(如多倍仪)上完成测量，在仪器上恢复与摄影时相似或相应的航线立体模型，根据测图需要选定加密点，并测定其高程和平面位置；也可以采用电算加密法即利用航拍相片内在的几何特性在室内加密控制点的方法，利用连续摄取的具有一定重叠的航摄相片,并依据少量野外控制点，以摄影测量方法建立同实地相应的航线模型或区域网模型，最终获取加密点的平面坐标和高程。

结合空三计算，精确配准点云数据的空间位置，以使三维环境数据模型更准确；然后再调用面绘制算法并结合点云数据，生成三维环境数据模型的网格；调用纹理映射算法，将纹理信息中的纹理像素映射到三维环境数据模型的对应像素上，最终生成更真实的三维环境数据模型。

其中，对接数据模型的步骤具体如下：

导入包含标记结构的三维建设工程数据模型，使其和三维环境数据模型处在同一显示界面内，显然，建设工程的标记结构以主体结构为优选；然后进行标记匹配，就是将三维环境数据模型中包标有特定颜色或图案标记信息的结构，和三维建设工程数据模型中对应的标记结构进行匹配比对。

如图3所示，标记匹配的实施方式可以为自动标记匹配、手动标记匹配或两者相互结合共同完成匹配，具体在如下进行说明。

设置自动标记匹配，在一个实施例中，可预先在三维建设工程数据模型的标记结构中心点增设特定参数，将三维环境数据模型中的标记信息对应的结构中心点也增设特定参数，当三维建设工程数据模型被导入后，在后台自动将设有对应特定参数的两个中心点进行重叠，并自动缩放三维桥梁工程规划图数据模型大小及调整其空间位置；如果所有标记结构的尺寸和方位均匹配成功则成功对接数据，形成最终的三维建设工程及环境数据模型，否则为对接失败；当然，对于参数化建模的建设工程，可以根据参数直接比对并判断能否成功对接。

设置手动标记匹配，在一个实施例中，手动缩放三维环境数据模型以达到标记点之间的相对距离符合现场测量距离，手动修改三维环境数据模型方向以符合现实中的方向；导入三维建设工程数据模型后，先找出三维环境数据模型中的地面标记信息控制点，手动将三维建设工程数据模型与该标记信息控制点的位置对应放置,显然，匹配是否成功的判断可以和自动标识匹配相同。

结合自动和手动标记匹配，在一个实施例中，如上所述的自动匹配，导入三维建设工程数据模型后，自动判断是否有对应的标记结构，如果有则自动将该标记结构中心重叠到三维环境数据模型对应的结构中心处，否则给出提示信息；然后，如上所述的手动匹配，再手动缩放三维环境数据模型的尺寸和方向。自动和手动匹配相结合，既可以方便匹配，又可以自由把握公差提高数据模型对接成功率。

当匹配成功时，也就是完成了三维建设工程数据模型和三维环境数据模型的对接，组合成一个三维建设工程及环境数据模型。此时可以对三维建设工程及环境数据模型做相应控制，可实现同时对建设工程及环境的旋转、平移、缩放等交互操作，可获取相对坐标等信息，从而便于从任意角度和层面对桥梁工程项目现场环境图像进行研究和分析。显然，该方法在建设工程上的应用，可以为建设工程项目在整个生命周期内提供全面的技术支持。

进一步而言，当成功对接数据模型后，可对三维建设工程及环境数据模型进行动态渲染，可使该数据模型达到更真实的视觉效果，可实现查看模型数据时获取更全面的信息。

上述建设工程数据模型环境可视化方法在桥梁工程规划上的应用的具体实施方式说明如下。

首先，对桥梁工程规划实际地理位置周围环境进行三维建模，步骤具体如下：先在桥梁工程现场利用全站仪放样桥墩作为坐标点，并在该坐标点上用石灰或油漆等做出特定颜色或图案的标记信息，使其能明显的呈现在航拍相片中，显然，这里也可以放样承台或其他桥梁主体结构部件；由于桥梁工程涉水等特点，优选采用无人机航拍获取地形环境影像，拍摄过程中应当将包含标记信息的坐标点拍摄进去，当然对于航拍技术而言，可以综合利用垂直摄影和倾斜摄影技术。

然后调取无人机内存中的相片记录以及相对应的地理坐标POS数据，获得的POS数据就是桥梁工程环境图像数据，显然图像数据需要包含标记信息和纹理信息。

然后，整理桥梁工程环境图像数据并去除不符合三维重建要求的相片数据，符合要求的图像数据就组成了桥三维梁工程环境数据模型的点云数据；接着进行空三计算，利用连续摄取的具有一定重叠的航拍相片,依据少量野外桥梁工程环境中的控制点，以摄影测量方法建立同实地相应的航线模型或区域网模型(光学的或数字的)，从而获取加密点的平面坐标和高程，还可以根据相片上的像点坐标同地面点坐标的解析关系或每两条同名光线共面的解析关系，进行平差计算等处理后构成摄影测量网的空中三角测量，从而更精确配准点云数据的空间位置，使三维桥梁工程环境数据模型定型更准确。

然后再调用面绘制算法并结合点云数据，生成三维桥梁工程环境数据模型的网格，此时该环境数据模型的形状结构已经成型；接着调用纹理映射算法，根据图像数据中的纹理信息，将纹理空间中的纹理像素映射到三维桥梁工程环境数据模型的网格中对应的像素，可以和光照计算、图像混合等技术结合使数据模型更加真实更加直观，生成最终的三维桥梁工程环境数据模型。

生成三维桥梁工程环境数据模型之后，就可以将已有的三维桥梁工程规划图数据模型与之进行数据模型对接。

首先，导入三维桥梁工程规划图数据模型，使其和三维桥梁工程环境数据模型处在同一显示界面内；然后进行标记匹配，就是将三维桥梁工程规划图数据模型中的对应桥墩结构和三维桥梁工程环境数据模型中标有特定颜色或图案标记信息的桥墩结构进行匹配。

标记匹配的一种实施方式为手动标记匹配，先手动缩放三维桥梁工程环境数据模型以达到标记点之间的相对距离符合现场测量距离，再手动修改三维桥梁工程环境数据模型方向以符合现实中的方向，然后手动将三维桥梁工程规划图数据模型的桥墩结构放置在三维桥梁工程环境数据模型中对应的桥墩结构位置上,如果两者相对应桥墩结构的尺寸和方位均匹配成功，则完成数据模型对接，形成了三维桥梁工程规划图及环境数据模型。当成功对接数据模型后，可对三维桥梁工程规划图及环境数据模型再进行动态渲染，可使数据模型达到更真实的视觉效果，以实现查看模型数据时获取更全面的信息。

此时，三维桥梁工程规划图及环境数据模型，就将桥梁工程现场及其实际地形环境的真实感官效果展示给桥梁工程项目策划和管理人员，并且还可对三维桥梁工程规划图及环境数据模型进行旋转、平移、缩放等交互操作以获取相对坐标等信息；使其可以对项目现场的环境、资源数据进行多方位、多层次的观察和交互，从而便于从任意角度和层面对桥梁工程项目现场环境图像进行研究和分析，为桥梁工程项目前期的施工组织策划提供全面的技术支持，从而提高施工策划的可行性和准确性。

在本实施例中，还提供一种建设工程数据模型环境可视化装置，该装置包括三维环境数据模型生成模块、数据模型对接模块、动态渲染模块。

其中，三维环境数据模型生成模块：用以获取图像数据并整理生成三维环境数据模型的点云数据，该图像数据至少包含标记信息、纹理信息；调用空三计算，配准点云数据的空间位置；调用面绘制算法，根据点云数据组成三维环境数据模型的网格；调用纹理映射算法，将纹理信息映射到对应的网格上，从而最终生成三维环境数据模型。

其中，数据模型对接模块：用以导入三维建设工程数据模型，本实施例中，导入的三维建设工程数据模为三维桥梁工程规划图数据模型，该三维桥梁工程规划图数据模型包含标记结构；用以进行标记匹配，该标记匹配包含匹配标记结构和标记信息，当匹配成功时，三维桥梁工程规划图数据模型和对应的三维环境数据模型之间对接成功，形成最终的三维桥梁工程及环境数据模型。

进一步而言，本实施方式的一个实施例中，数据模型对接模块中的标记匹配包括自动标记匹配、手动标记匹配或两者相互结合共同完成匹配，这些匹配方式和上文中所述相同。

进一步而言，本实施方式的一个实施例中，数据模型对接模块中的匹配成功判断条件至少包含，三维桥梁工程规划图数据模型中的所有标记结构和三维环境数据模型中包含标记信息的结构之间的尺寸和方位均对应匹配。

其中，动态渲染模块：用以动态渲染数据模型，以使数据模型达到更真实的视觉效果，以实现查看模型数据时获取更全面的信息。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。