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

胡慧峰

（廣州南方測繪科技股份有限公司天津分公司，天津 300011）

1 引言

隨著采集數(shù)據(jù)的技術(shù)的不斷進步，以及針對空間信息化作戰(zhàn)要求的不斷提升，要實現(xiàn)超大場景的數(shù)據(jù)管理和快速表達等不同地物信息化程度越來越高，對于超大場景的信息化管理要求也越來越高[1]。面對現(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)對信息化集約管理要求，實現(xiàn)高效快速還原、低信息損失的快速管理?；诖?，本文以全息虛擬系統(tǒng)為研究對象，講述了全息虛擬系統(tǒng)的優(yōu)點和全息虛擬系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換特征，簡要分析了海量實景三維數(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

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)實技術(shù)等多種技術(shù)融合，通過全三維，全方位，全圖像、全視覺解析模式，實現(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。其特點主要有以下幾點：

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

于同時配備雙通道三維動捕與視覺互動運算系統(tǒng)，使之成為多用戶多人全息互動系統(tǒng)?？梢栽谕粋€全息桌面上同時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控制器，滿足兩組用戶實時對同一場景的互動控制，實現(xiàn)多人對同一方案的瀏覽互動研討。

③udWeb的數(shù)據(jù)模型可存放在云存儲服務(wù)器上或服務(wù)器內(nèi)網(wǎng)，無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，可以通過瀏覽器或者手機APP等功能，實現(xiàn)隨時隨地在線瀏覽大規(guī)模三維模型、點云模型。

⑤實現(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鍵盤的方式在超大規(guī)模三維模型中漫游，也可以通過鼠標的操作進行距離的量算[1-2]。

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

①對多種類型來源的三維數(shù)據(jù)進行自動化數(shù)據(jù)優(yōu)化轉(zhuǎn)換與多任務(wù)管理，得到其對應(yīng)的高速流式點云格式的模型，可實現(xiàn)對于海量三維數(shù)據(jù)的高速可視化、中央存儲與在線協(xié)作共享功能。支持的數(shù)據(jù)來源包括：三維激光點云數(shù)據(jù)；攝影測量三維圖像數(shù)據(jù)；人工三維建模；其他類型的三維數(shù)據(jù)等。

于可選擇在流式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時對數(shù)據(jù)進行無損壓縮，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)壓縮比的角度來提升對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)換采樣測試；d原始點云之中包含的分類屬性信息的繼承與否的選項；e投影坐標系信息，可實現(xiàn)對投影坐標系的展示與隱藏，以及投影坐標系的轉(zhuǎn)換；f色彩位元及反射率/強度值范圍設(shè)定，以及色彩的伽馬校正選項；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對于源文件為人工三維建模的數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換前可進行光效貼圖的導(dǎo)入，以及色彩反轉(zhuǎn)的選項[2]。

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

4 海量實景三維數(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)動智慧城市發(fā)展，以車載、船載、無人機、航拍的方式進行城市建筑體三維掃描及拍攝，重點建筑物精細掃描為點云數(shù)據(jù)或傾斜模型數(shù)據(jù)，以進行數(shù)字化城市、模型聯(lián)動等功能，制作成三維城市模型（圖1）等圖件。

圖1 三維城市實景圖

4.2 城市展廳/企業(yè)展廳建設(shè)方面的應(yīng)用

該系統(tǒng)加載實景三維數(shù)據(jù)后，用戶可以通過多角度的視域進行查看城市三維面貌或工業(yè)園區(qū)的未來規(guī)劃圖等。此外，全息系統(tǒng)可以根據(jù)自身需求進行自由縮放、移動，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)的動態(tài)觀測、房地產(chǎn)項目的三維展覽等，還可以應(yīng)用于城市整體布局與規(guī)劃設(shè)計等方面。

4.3 文物保護方面的應(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。通過全息掃描，以及高清化處理，博物館的全部展品可以不受時空限制地對大眾展出，對展品安保，展覽空間的節(jié)約，觀看的便利性等提供了極大的價值。

4.4 城市規(guī)劃方面的應(yīng)用

城市規(guī)劃部門可將設(shè)計好的建筑模型植入到拍攝好的3D圖形文件中，任意拖動位置來進行擺放設(shè)計，觀察、體驗建成效果。例如在城市中設(shè)計一座橋梁，我們可以將這座橋梁的設(shè)計圖直接導(dǎo)入到城市的三維模型數(shù)據(jù)中，這樣設(shè)計師就可以從各個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景。

4.5 全息虛擬旅游方面的應(yīng)用

旅游勝地視覺化游覽，有了視覺游覽技術(shù)，任何人都有機會不受時空限制去游覽感興趣的目的地和場所。我們可以運用SolidScan技術(shù)，真實還原世界眾多著名景點、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，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。因此，如房地產(chǎn)等行業(yè)大量使用三維模型進行宣傳工作，可以增強產(chǎn)品的豐富生動感。此外，加入動態(tài)模擬的內(nèi)容可以讓用戶與產(chǎn)品產(chǎn)生交互體驗。

5 結(jié)語

本文以全息虛擬系統(tǒng)為研究對象，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、瀏覽海量三維數(shù)據(jù)對硬件要求極高以及卡頓的痛點，并從數(shù)字城市、企業(yè)展廳、文物保護、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。