具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1为本公开一个示意性实施例的三维模型的轻量化方法的流程示意图。参见图1，该方法包括：

101：在具备三维渲染效果能力的三维软件中导入原始三维设计模型，利用三维软件中的相机功能对所述原始三维设计模型进行全方位连续地拍摄，得到拍摄而成的动画。

这里是利用三维软件中的相机进行拍摄，模拟倾斜摄影技术中无人机绕建筑进行拍摄的过程，得到所述原始三维设计模型的拍摄动画。该过程也可以称为漫游动画设计，实现对所述原始三维设计模型的全方位展示。

该步骤中的原始三维设计模型通常是BIM模型(建筑信息模型)，本公开通过各个步骤对BIM模型进行轻量化，使得轻量化后的模型能够应用在WEBGL中，一方面保持模型精度，还原模型设计效果，另一方面对用户终端配置要求较低。

本公开提供的方法由电子设备执行，例如个人电脑、服务器等。该电子设备中预装由三维处理、渲染软件，从而实现对于三维模型的处理。

102：将动画以超高清图片序列帧的形式进行输出。

103：将超高清图片序列帧作为图片素材，进行三维模型重建，并输出高质量的点云模型。

104：对点云模型进行简化处理，减少点云模型中的三角面数量，并进行纹理贴图。

105：对纹理贴图后的模型进行压缩处理，输出轻量化模型。

在本公开实施例中，该三维模型的轻量化方法基于逆向建模技术进行三维模型的高质量轻量化，通过利用所述三维软件中的相机功能对所述原始三维设计模型进行全方位连续地拍摄输出超高清图片序列帧，然后基于这些超高清图片序列帧进行三维建模，由于用来进行三维建模的图片素材为超高清图片序列帧，因此，能够保证轻量化后模型的显示效果，还原设计中的建筑的真实度和建筑美感；在三维建模后，通过对点云模型进行三角面数量简化、采用贴图代替纹理并进行压缩处理，在保证模型质量的情况下，大幅降低模型的体量，从而降低对于模型渲染的配置要求，因此不再对客户的终端配置有过高的要求，普通配置的电脑或者手机等移动客户端均可参与到以此为基础的建设管理平台的使用中，降低了使用门槛。

图2为本公开一个示意性实施例的三维模型的轻量化方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括：

200：对原始三维设计模型进行前处理。

原始三维设计模型只具备简单色彩的三维模型，在具备三维渲染效果能力的三维软件中进行前处理，这里的前处理包含灯光、材质等的修改等，使得场景更接近真实效果。

示例性地，步骤200中的前处理包括：采用与原始三维设计模型色彩对比度鲜明的色彩作为原始三维设计模型中的场景背景色；将原始三维设计模型中带高光或者透明的材质，调整为效果接近的漫反射材质。

例如，将原始三维设计模型导入到前述三维软件如3ds max、lumion、enscape等进行模型拍摄前处理。在三维软件中，通过调整场景的Global Illumination(全局光照，缩写GI)、以PBR(Physically Based Rendering)材质替换模型构件的简单颜色等手段，使得模型场景更接近真实效果。为便于模型后期渲染图片的特征识别，采用与模型色彩对比度鲜明的色彩为场景背景色，可以不设置场景的天空盒背景(Skybox)。将原始三维设计模型中的玻璃等透明材质及不锈钢等高光材质，调整为效果接近的漫反射材质，以避免透明及高光的部分在后期图片识别中处理效果不好的问题，以得到更好的识别效果。

201：获取所述相机的拍摄路径，相机的拍摄路径呈盘旋式地绕原始三维设计模型多周。

202：控制三维软件中的相机沿着拍摄路径间隔地对原始三维设计模型进行拍摄，每次拍摄原始三维设计模型整体均位于拍摄画面之内，相邻两次拍摄时相机的角度相差小于5度。

为了获取超高清图片序列帧作为素材，对前处理后的原始三维设计模型，利用渲染软件的动画制作功能，模拟无人机现场航拍数据采集的方式，在场景中进行仿真拍摄。

该仿真拍摄过程主要包含相机的调整及关键帧的记录。例如，设置相机的位置、焦点、角度、远裁剪距离、近裁剪距离等参数，记录关键帧，使当前相机画面对整体模型及组成部分都有一个良好的展示效果，整体模型不超出相机画面之外，且整体能够充满80％及以上的画面大小。并逐步调整相机的位置，以实现对模型的全方位360覆盖。为满足大体量三维模型的逆向建模效果，要确保最后输出的超高清图片序列帧中相邻两帧的相机切换角度为5度内。

203：将动画以超高清图片序列帧的形式进行输出。

超高清图片序列帧包括的图片超过600张，时间过短输出图片少，影响识别精度与完整性，时间过长输出图片多又会造成包括渲染图片的输出及后期识别重建过程中的计算耗时过多的现象。

利用渲染软件的动画制作功能，将前面仿真拍摄的相机动画输出为超高清图片序列帧形式，作为后面逆向建模图片素材。

在一种可能的实现方式中，在图片输出时候，尽可能设置8K以上分辨率，以保证三维重建时最优的识别效果以及最好的模型重建质量。在其他实现方式中，还可以采用系统最大分辨率进行图片输出。

在得到超高清图片序列帧后，利用成熟的基于图像的造型和绘制(Image BasedModeling and Rendering，IBMR)技术的软件，如Reality Capture、Autodesk Recap、photoscan等，进行照片识别，重建三维模型，输出高质量的点云模型。该过程包括步骤204至207。

204：从超高清图片序列帧中选择图片作为基准。

以Reality Capture为例，响应于用户使用该软件的导入功能，电子设备导入上述超高清图片序列帧的图片到Reality Capture中；响应于用户使用该软件的Color Cursors功能，电子设备从序列帧图片中选择适当的图片作为基准。

基准图片推荐选定为轴测图，对模型的侧面及顶面都又一个较好的反应。这有助于在复杂场景中导航，并有助于软件内部更好地进行数据组织，以提升输出点云模型的质量。

205：基于基准进行超高清图片序列帧中所有图片的对齐。

以Reality Capture为例，响应于用户点击Align Images按钮，电子设备进行照片对齐。图片对齐后使用软件自带的Inspect工具进行对齐质量复核，尽量使得所有的图片在模型计算中都有应用到。

206：在图片对齐后，基于超高清图片序列帧进行模型计算。

以Reality Capture为例，响应于用户点击Calculate Model下拉按钮，电子设备进行模型计算。模型计算推荐先进行一般精度的计算，查看计算的白模如无明显缺陷再进行高精度的计算，有缺陷可以快速发现及时调整步骤204中的基准后重新进行计算。

207：对计算得到的模型进行纹理着色，得到点云模型。

以Reality Capture为例，响应于用户点击Texture按钮，电子设备进行模型纹理着色。经过纹理着色的模型，即为接近真实渲染效果的模型。

通过步骤204至步骤207，将超高清图片序列帧作为图片素材，基于图像的IBMR技术，进行三维模型重建，最终输出obj格式的未压缩原始点云模型。

208：获取点云模型的顶点。

步骤207通常可以设置输出的顶点数目为200000个左右。

209：基于点云模型的顶点，将近似平坦的表面替换成平坦表面，并进行纹理贴图。

步骤207获得的高质量点云模型，一般占用存储较大，甚至数倍于所述原始三维设计模型的存储量。因此需要进行优化处理，使得最小体积的数据就可以承载最优化的显示效果。通过步骤208和209，对获得的高质量点云模型进行优化处理，以模型纹理贴图替换点云数据里面的点信息表达，使得最小体积的数据就可以承载最优化的显示效果。

利用渲染出的纹理贴图替换点的信息的直接表达，降低点云模型顶点数。通常替换后的数据仍然保证一个非常大体量的模型的信息，且此数量级的点数输出的优化后obj模型数据量较小。

以Reality Capture为例，步骤209的过程如下：

响应于用户点击Simplify按钮，电子设备进行模型简化。使用简化工具可以通过连接近似平坦的表面的方式显著减少模型三角面的数量，例如，将由1000个三角面组成的墙面将替换为2个三角面的等效墙面。

步骤207通常可以设置输出的顶点数目为200000个左右，进行计算简化得到白模，然后再次进行纹理贴图等操作，一般即可以输出不超过100M的obj格式的模型。

210：清理纹理贴图后的模型中的脏数据。

将简化后obj模型导入到点云编辑软件如blender等，清理obj模型里面的因图片识别带来的部分脏数据，这里的脏数据主要为边界的毛边等。

211：将清理后的模型输出为GLTF格式的模型。

将obj导出为Web端支持效果更好的GLTF格式，数据体量可进一步压缩，更便于Web数据传输及后期轻量化平台的加载。

例如，将清理后obj模型利用blender功能输出GLTF格式的模型，便于建管平台轻量化部分的加载。GLTF格式的压缩比obj格式更好，最终在数据的存储及Web数据传输上，有一个极大的性能的提升。

通过步骤210和步骤211，对纹理贴图后的模型进行压缩处理，输出轻量化模型。

以测试案例来讲，原始三维设计模型为3.36G，仿真拍摄识别后点云模型简化之前为1.5G大小，简化后达到了60M，转化为GLTF格式之后，模型只有15M，并且具备完整的细节信息与真实渲染显示效果，符合项目使用要求。

下表1给出了原始三维设计模型、点云模型和简化后的模型的对比，从中也可体现本申请在文件轻量化上以及显示效果上面的优势。

表1测试效果对比：

加载最终输出的优化后的GLTF模型结果到轻量化管理平台，进行模型的三维展示及开发其他相应的平台项目管理功能。结合平台的功能要求及WEBGL技术，进行平台的相关功能研发。

经过前面各个步骤处理的模型，还原了拍摄时设定的全局光照条件下的一个真实效果。该效果以纹理贴图的方式携带在最终模型上，因此无需在运行时进行复杂的实时计算，只需一般配置办公笔记本或手机即可参与到以此为基础的项目协同平台沟通工作。

为满足平台个性要求，可对数据进行进一步处理，比如进行模型分拆等操作。例如，将最终模型导入到点云编辑软件，进行单体模型分拆等工作。

本公开提供的轻量化方法，先进行仿真拍摄和逆向建模，重建的点云模型体量大于所述原始三维设计模型体量，也即模型体量会变大。这里，需要说明的是，所述原始三维设计模型，模型具有内面和外面，而重建的三维模型仅包括外面，也即舍弃了所述原始三维设计模型内部的信息，但这并不影响三维模型最终的展示效果。在逆向建模过程中，由于采用的超高清图片，并且模型从矢量变成了点阵，导致模型的体量变大。

逆向建模完成后，进行模型简化，将模型中接近平坦的平面进行合并，减少模型中点的数量，从而大大减少三角面的数量，同时采用贴图纹理替代原本的外部光照等环境信息，不需要在进行单独的环境渲染，从而使得模型的体量大大减小。

需要说明的是，所述原始三维设计模型为矢量模型，模型的各个部件是相互独立的，这种情况下不能直接进行模型简化步骤，需要通过重建得到一体的点云模型后，才能进行上述简化步骤。

下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。

图3为本公开实施例的三维模型的轻量化装置的结构框图。该装置可以实现成为电子设备的全部或一部分。如图3所示，该装置包括：拍摄模块301、图片输出模块302、三维重建模块303、简化模块304和压缩模块305。

其中，拍摄模块301，用于在具备三维渲染效果能力的三维软件中导入原始三维设计模型，利用所述三维软件中的相机功能对所述原始三维设计模型进行全方位连续地拍摄，得到拍摄而成的动画；

图片输出模块302，用于将动画以超高清图片序列帧的形式进行输出；

三维重建模块303，用于将超高清图片序列帧作为图片素材，进行三维模型重建，并输出高质量的点云模型；

简化模块304，用于对点云模型进行简化处理，减少点云模型中的三角面数量，并进行纹理贴图；

压缩模块305，用于对纹理贴图后的模型进行压缩处理，输出轻量化模型。

可选地，拍摄模块301，用于获取所述相机的拍摄路径，相机的拍摄路径呈盘旋式地绕原始三维设计模型多周；

控制三维软件中的相机沿着拍摄路径间隔地对原始三维设计模型进行拍摄，每次拍摄原始三维设计模型整体均位于拍摄画面之内，相邻两次拍摄时相机的角度相差小于5度。

可选地，超高清图片序列帧包括的图片超过600张，超高清图片序列帧的分辨率至少为8K。

可选地，三维重建模块303，用于从超高清图片序列帧中选择图片作为基准；

基于基准进行超高清图片序列帧中所有图片的对齐；

在图片对齐后，基于超高清图片序列帧进行模型计算；

对计算得到的模型进行纹理着色，得到点云模型。

可选地，简化模块304，用于获取点云模型的顶点；

基于点云模型的顶点，将近似平坦的表面替换成平坦表面。

可选地，压缩模块305，用于清理纹理贴图后的模型中的脏数据；

将清理后的模型输出为GLTF格式的模型。

可选地，该装置还包括前处理模块306，用于在利用所述三维软件中的相机功能对原始三维设计模型进行全方位连续地拍摄之前，采用与原始三维设计模型色彩对比度鲜明的色彩作为三维软件中的场景背景色；

将原始三维设计模型中带高光或者透明的材质，调整为效果接近的漫反射材质。

本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以是前述终端或服务器。该电子设备可以包括处理器和存储器，所述存储器存储有至少一条程序代码，所述程序代码由所述处理器加载并执行以实现前述方法。

图4是本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。参见图4，电子设备400包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)401、包括随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)402和只读存储器(Read-Only Memory，ROM)403的系统存储器404，以及连接系统存储器404和中央处理单元401的系统总线405。电子设备400还包括帮助计算机内的各个器件之间传输信息的基本输入/输出系统(Input/Output，I/O系统)406，和用于存储操作系统413、应用程序414和其他程序模块415的大容量存储设备407。

基本输入/输出系统406包括有用于显示信息的显示器408和用于用户输入信息的诸如鼠标、键盘之类的输入设备409。其中显示器408和输入设备409都通过连接到系统总线405的输入输出控制器410连接到中央处理单元401。基本输入/输出系统406还可以包括输入输出控制器410以用于接收和处理来自键盘、鼠标、或电子触控笔等多个其他设备的输入。类似地，输入输出控制器410还提供输出到显示屏、打印机或其他类型的输出设备。

大容量存储设备407通过连接到系统总线405的大容量存储控制器(未示出)连接到中央处理单元401。大容量存储设备407及其相关联的计算机可读介质为电子设备400提供非易失性存储。也就是说，大容量存储设备407可以包括诸如硬盘或者CD-ROM驱动器之类的计算机可读介质(未示出)。

不失一般性，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括RAM、ROM、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、带电可擦可编程只读存储(Electrically Erasable Programmable read only memory，EEPROM)、闪存或其他固态存储其技术，只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、数字通用光盘(Digital Video Disc，DVD)或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备。当然，本领域技术人员可知计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器404和大容量存储设备407可以统称为存储器。

根据本公开的各种实施例，电子设备400还可以通过诸如因特网等网络连接到网络上的远程计算机运行。也即电子设备400可以通过连接在系统总线405上的网络接口单元411连接到网络412，或者说，也可以使用网络接口单元411来连接到其他类型的网络或远程计算机系统(未示出)。

上述存储器还包括一个或者一个以上的程序，一个或者一个以上程序存储于存储器中，被配置由CPU执行。CPU 401通过执行该一个或一个以上程序来实现前述三维模型的轻量化方法。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构并不构成对电子设备400的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。

本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有至少一条程序代码，所述程序代码由所述处理器加载并执行以实现如上所述的方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品存储有至少一条程序代码，所述程序代码由所述处理器加载并执行以实现如上所述的方法。

应当理解的是，在本公开中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。