车载移动测图系统外方位元素标定方法

全景相机因其360°大视场、旋转不变性等优点,逐渐被用于构建车载移动测图系统。标定是保证系统获取精确地理信息数据的重要前提。本文针对全景相机和定位定姿系统(POS)集成的车载移动测图系统,提出一种外方位元素标定的方法。首先,在实际场景中布设高精度已知控制点。其次,构建全景球面模型,将全景影像通过球面投影反变换投影到该球面上,从球面上选择控制点而不是直接从存在扭曲的全景影像上选择控制点并得到其球面坐标。在建立点的相关性之后,结合地理参考绝对定位方程和坐标变换,求得全景相机相对POS的平移与旋转参数。最后,采用本文提出的标定方法,分别选择北京航天城和天津滨海新区进行试验。试验表明,GPS信号良好时,点的绝对定位中误差可达平面10.3cm、高程16.5cm;GPS信号不好时,点的绝对定位中误差为平面35.4cm、高程54.8cm;在较短距离范围内(3km),距离量测相对误差最大为5cm左右,GPS信号对相对量测没有明显影响。     

基于TIP算法的街景漫游方法研究

街景地图是全景图与二维在线地图的结合,它以实景作为辅助传统地图抽象描述的表达手段,提高地图的空间认知功能。街景地图为用户提供固定视点的360°自由漫游与全景图点间漫游。街景地图中全景图布设呈线状分布,点间距离短、漫游频繁,因此,漫游需保持一定的空间连续与空间纵深。文中对街景地图这一全景图漫游技术应用环境的特点进行分析,引入能够从单张照片恢复一定深度信息的TIP算法,并将其运用渲染到纹理、着色器等技术,对TIP算法实现过程进行改进,在保证一定运行效率的前提下,提高街景地图的漫游效果。     

Geometrically valid pixel reprojection methods for novel view synthesis

Conventional methods for scene visualization involve 3-D model reconstruction and direct rendering of the model. More recently, however, there has been an increasing interest in an alternative means for novel view synthesis, namely image-based rendering. It refers to a collection of techniques for creating new views directly from a set of input images; these images act as the scene `model'. This paper describes in detail a particular subset of image-based rendering techniques, which we refer to as geometrically valid pixel reprojection techniques. These techniques are based on established bilinear and trilinear image constraints in the forms of the fundamental matrix and trilinear tensor, respectively. We also describe an image-based rendering technique that uses as input a collection of cylindrical panoramic images.     

深度学习的街景行道树自动识别提取研究

针对城市行道树调查中,街景影像背景环境复杂多变、行道树个体差异大,依靠目视判读费时费力的问题,该文基于车载移动测量系统采集的全景影像数据,利用深度学习算法,在快速区域卷积神经网络的目标检测方法基础上,建立适用于街景行道树检测的深度神经网络模型。模型采用基于共有显著性区域及冗余策略的行道树多示例目标候选区域选择方法,使用车载图像的几何约束进一步筛选合适的候选区域,从而实现行道树目标候选区域的统一选择,提升行道树目标的检测效果。实验结果表明,该文提出的方法能够实现多种行道树的准确自动识别与提取,进而大大降低行道树绿化调查的成本。     

交互式全景视频流地图设计

全景视频流地图区别于一般电子地图的特点是将全景视频流数据与空间位置进行配准,不仅视频流数据具有360°全景浏览的特点,而且每帧图像都具有空间化特征。全景视频流地图的关键技术是全景视频三维模型和交互式操作。该文首先介绍了全景视频流地图的定义和系统设计,然后通过实验将视频流投影到以视点为中心的球体,利用Flex三维建模接口建立球型全景视频三维模型。全景视频流地图可以带来更流畅、更具沉浸感的用户感受,它将是街景地图、全景地图的发展趋势,将成为全景地图系统的新一代产品。     

海量地形数据实时可视化技术研究

针对海量地形数据实时可视化,提出了一种瓦片金字塔模型和线性四叉树索引相结合的地形数据管理模式,利用视景体裁剪和基于分辨率测试的目标瓦片快速搜索算法,实现了地形数据的实时装载,采用基于动态二叉树构网的方法,实现了地形数据的实时绘制.     

球形全景影像位姿估计的改进EPnP算法

球形全景成像可以克服透视成像视场角的局限,实现场景全覆盖的三维重建和量测。本文在普通影像位姿估计的EPnP(efficient perspective-n-point)算法上进行了改进和扩展,提出了一种稳健快速的球形全景影像位姿估计算法。首先,构建球形全景影像的投影模型,将EPnP算法的平面透视成像模型扩展到球面成像模型;然后,采用基于全景球心、像点、控制点共线条件方程的改进EPnP算法求解控制点的球形全景像空间坐标;最后,利用Horn绝对定位算法直接解算全景影像位姿。与球形全景影像位姿估计的后方交会算法的对比试验结果表明,本文提出的方法无须迭代求解,更为稳健快速,即使控制点数目较少也能达到高精度,基于非严格共中心拼接的全景相机,重投影误差可控制在3.00像素左右。     

一种基于GPU Tessellation的地形无缝绘制算法

针对传统多分辨率地形绘制算法构网速度慢、T型裂缝不易处理等问题,提出了一种GPU（graphic processing unit）构网的地形无缝绘制算法。首先,引入实时网格细分（tessellation）技术,将地形构网分为CPU粗粒度Tile网格构建和GPU细粒度Patch网格细分两个阶段;然后,Tile网格采用基于视距的细节层次模型进行LoD层次选择,Patch采用基于屏幕空间投影误差的细节层次模型完成网格细分,兼顾了视距和地形粗糙度对地形绘制的影响,实现了地形细节层次的自适应选择;最后,应用C++语言和DirectX 11工具,设计开发了相应的可视化实验系统。实验结果表明,该方法实现了多分辨率地形的自适应无缝表达,保证了地形网格的连续性;并通过合理平衡CPU-GPU负担,显著提升了地形渲染效率。     

面向移动端月球形貌展示的快速三维地图平台搭建

受限于移动设备运算能力和三维地图数据网络传输速度,如何在快速移动端流畅地显示月球三维地图,展示月球形貌细节,还是一个难点。为解决这一问题,本文首先考察已有的移动端三维地图实现方法,在此基础上研究了一种基于前后台异步渲染策略的三维月球地图实现方案;基于嫦娥月球数据,构建了一个月球三维形貌地图原型系统,并成功应用于移动端的嫦娥月球三维形貌数据发布。     

车载全景影像核线匹配和空间前方交会

全景相机车载移动系统可以获取带有精确位置和姿态信息的序列全景影像,针对该影像数据,提出一种构建全景核线影像的方法,描述了在球面全景模型下构建全景影像之间核线几何约束的过程,并推导出具体的公式,然后在两张全景核线影像之间使用SIFT算法匹配同名点,最后根据摄影中心、像点、物点3点共线的原理,推导出全景影像的共线公式,利用前方交会的原理计算出物点的空间3维坐标。实验结果表明,本文方法可以降低全景影像匹配的难度,提高匹配点数量和精度,适用于实现基于全景影像的量测等功能。     

基于全景影像景深图的探面及跳转

基于全景影像的街景立面管理中,需要跳转至距离目标面最近且尽量正对目标面的全景影像,但常规的全景影像跳转方法并不能满足这一需求,为解决该难题,本文提出了一种新的全景影像探面及跳转方法。基于全景影像的景深图,计算目标点的世界坐标及该点与邻近点组成面片的平均法向,实现全景影像中的探面;从目标点出发,沿平均法向搜索出视点中心与该射线垂直距离最近的全景影像;切换至目标影像,并根据目标点在目标影像中的方位进行视角旋转。在重庆市实际项目中的成功应用及实例分析结果均表明,本文方法能够满足立面管控需求,更好地切换至正对目标立面的邻近全景影像,应用效果较常规跳转方法有较大提升。     

矢量Web网络地图应用研究

矢量数据的分块组织和渐进传输是解决海量矢量数据Web应用的重要手段。针对当前大数据背景下,单一的渐进传输方法对减少数据量的效果有限,且不能满足根据可视区域进行数据传输,提出了分块渐进传输的方法,结合Google Maps瓦片切分方案对数据进行分级分块处理,得到多分辨率矢量瓦片数据,结合矢量要素的属性意义这一因子,对其进行重要性排序,分批次选取传输,然后考虑显示窗口大小的因素,在数据调用中最大限度地减少瓦片数据的拼接,提高可视化渲染效率。最后通过实验实现服务器端矢量数据的分级分块组织以及选取操作,建立数据的多分辨率表达模型,在客户端进行调度显示,形成一套矢量数据分块渐进传输体系,为矢量地图数据的Web应用提供了可借鉴方法。     

基于SVG的空间信息描述与可视化表达

SVG是移动互联时代随时随地获得各种丰富图形信息的有效方法,在LBS系统中,它也可以是空间信息描述与表达的有效方法.本文首先研究了空间信息与SVG标记间的映射关系,其次研究了SVG表示空间信息的生成方法,然后基于SVG的树状结构,在分析XML各种解析模式与图形元素渲染过程的基础上,提出了采用"pull"模式和DVR视图相结合的SVG解析与渲染方法,最后以复杂地物和考虑层控制策略时多层数据的SVG渲染结果,说明采用SVG这种开放的图形格式描述与表达空间信息是可行的,并且在空间信息移动服务中可以解决客户端多样性问题,有利于空间信息服务的普及与推广.     

基于GPU的三维地下管网实时构建与可视化

城市地下管网是城市地下空间表达不可或缺的一部分。然而,传统基于CPU的大规模地下管线实时建模再送入显卡进行绘制的模式,效率非常低,并且在管线精细建模时,绘制帧率往往达不到实时渲染的需求。对此,本文提出了一种基于GPU的三维地下管网实时构建与可视化策略,该策略以传统二维矢量管线为数据基础,对CPU端进行实时切块,把需要实时构建的管网的管径和管线节点坐标传入GPU,利用GPU提供的几何着色器完成顶点坐标的计算、管线顶点数据自动生成及管线三角网的自动构建。实验结果表明,该策略能够在保证管网拟合逼真度的基础上达到实时构建及多尺度的表达。     

面向智能移动设备的GIS服务

随着嵌入式技术的发展,智能移动设备正成为无线接入的重要方式。通过智能移动设备来提供GIS服务是亟待解决的关键问题。分析了智能移动设备的特点,总结了其发展趋势;设计了面向智能移动设备的GIS服务体系,并对其结构进行了阐述。     

基于GPU和UNITY的嵌入式图像实时传输方法

智能化无人矿山对作业现场环境的可视化要求较高,现有的可视化方法仍存在诸多问题:数据采集方式单一,存在监控盲区;数据传输线缆布设困难且易被损坏,传输延时较高;表现形式不够全面立体,并且不能用于VR/AR、SLAM、机器人定位避障等应用场景。为了满足智能矿山建设的可视化需求,本文结合当前传感技术、矿用机器人以及5G技术的发展,探讨了从数据采集、服务器部署到接收显示的详细步骤。针对全景及深度影像这类新型三维数据,提出一种基于GPU和UNITY的嵌入式视频实时传输方法,包括实时编码、异步传输、轻量级的嵌入式流媒体系统、利用UNITY实时处理以及元数据的同步传输。借助UNITY平台,将三维可视化任务从CPU转移至GPU,仿真实验表明,最高渲染帧率为60 fps时,GPU占用率在35%以下。最后,以全景和深度传感器为例进行了测试,对数据编码、位移贴图、纹理纠正进行有效性验证,并从延迟、帧率、CPU占用率3个方面评估性能。结果表明,所提关键技术均可有效提高运行效率、减少资源占用,相比FFplay延时更低。全景影像的可视化代替了视角固定的传统监控,深度数据为智能矿山巡检机器人定位及避障提供实时数据源,传输方法整体向下兼容。不仅解决传统方法视角单一、布线困难的问题,而且考虑到了智能矿山建设过程中的新需求。     

一种结合语义分割模型和图割的街景影像变化检测方法

由于街景影像具有地物尺度多样化、地物界限不明确、地物光谱信息复杂等问题,造成应用统计方法、机器学习等方法对复杂度高的街景影像变化检测性能欠佳.因此提出一种结合语义分割模型和图割(GC)的街景影像变化检测方法.该方法首先采用Camvid数据集训练DeeplabV3+网络得到的迁移学习模型对两个时期的街景影像进行语义分割;...     

Web‐based real‐time visualization of large‐scale weather radar data using 3D tiles

Weather radar data play an important role in meteorological analysis and forecasting. In particular, web‐based real‐time 3D visualization will enable and enhance various meteorological applications by avoiding the dissemination of a large amount of data over the internet. Despite that, most existing studies are either limited to 2D or small‐scale data analytics due to methodological limitations. This article proposes a new framework to enable web‐based real‐time 3D visualization of large‐scale weather radar data using 3D tiles and WebGIS technology. The 3D tiles technology is an open specification for online streaming massive heterogeneous 3D geospatial datasets, which is designed to improve rendering performance and reduce memory consumption. First, the weather radar data from multiple single‐radar sites across a large coverage area are organized into a spliced grid data (i.e., weather radar composing data, WRCD). Next, the WRCD is converted into a widely used 3D tile data structure in four steps: data preprocessing, data indexing, data transformation, and 3D tile generation. Last, to validate the feasibility of the proposed strategy, a prototype, namely Meteo3D at https://202.195.237.252:82 , is implemented to accommodate the WRCD collected from all the weather radar sites over the whole of China. The results show that near real‐time and accurate visualization for the monitoring and early warning of strong convective weather can be achieved.     

城市地理信息集成应用技术研究

城市多源地理信息的有机集成是当代可视化GIS的重要技术手段.将多源数据集成理论与移动道路测量技术、360°全景技术、虚拟现实技术相结合,可形成一套新颖的地理信息管理系统.它突破传统2维地图的显示瓶颈,为城市宣传、城市规划、实时响应、附属设施管理提供新的解决办法与工作思路,为人们生活提供便利.针对城市多源地理信息的集成关...     

GPU ray casting method for visualizing 3D pipelines in a virtual globe

Pipelines are an important part of urban infrastructure development. As part of a virtual globe (VG), the high-efficiency and high-quality visualization of 3D large-scale and high-density urban pipelines is of great importance. This paper proposes a GPU-based pipeline ray casting method for the visualization of urban-scale pipelines in the framework of a VG. The method involves the initial partitioning of the pipeline data into tiles, based on the relationship between the pipeline layer scale and the discrete global grid system (DGGSs). The pipeline centerline in each tile is then segmented and encoded, and a coarser pipeline bounding volume is subsequently constructed using a geometry shader. Finally, the fine 3D pipeline is rendered using a pixel shader. The results of the experimental implementation of the proposed method show that it satisfies the requirements for the multiscale visualization of pipelines in a VG. Moreover, compared with the traditional polygon-based method, the method facilitates a 20% increase in rendering frame rate for the same pixel level accuracy display effect. It also enables the visualization of the thickness of the 3D pipeline without any obvious effect on the rendering efficiency.