一种基于序列化数据的三维场景重建方法及系统与流程

本发明涉及三维图形数据处理，尤其涉及一种基于序列化数据的三维场景重建方法及系统。

背景技术：

1、随着三维图形应用、虚拟场景编辑及数字化仿真技术的发展，三维场景数据通常以序列化形式进行存储和传输。现有技术一般将场景中的对象标识、层级关系、组件字段、变换参数及资源路径写入序列化文件，并在场景加载时依次解析对象、恢复组件、加载资源和计算空间变换，从而重建对应的三维场景。部分技术还通过统一字段格式、建立对象索引或设置资源缓存，提高场景数据读取与加载效率。

2、现有三维场景重建方法多依赖序列化记录中预先保存的父子关系、组件挂接关系及资源引用关系，并按照固定顺序直接创建对象实例和组件实例。当序列化数据存在对象标识重复、父对象缺失、层级闭环、组件类型异常、资源路径失效或资源类型不匹配时，现有方法通常采用终止加载、跳过异常记录或使用默认资源替代的处理方式，难以对缺失或错误的依赖关系进行有效恢复。由于对象、组件和资源之间具有连续传递的依赖关系，局部异常还可能引起后续对象层级、组件挂接、资源绑定及世界空间变换计算错误，导致场景结构缺失、实例错位或资源显示异常。

3、此外，现有技术对异常场景数据的处理通常以整场景重新解析和重建为主，未充分利用对象层级、组件挂接及资源引用形成的关联结构，难以准确确定异常影响范围，容易对已正确恢复的对象实例、组件实例和资源实例重复处理，增加场景重建开销。现有方法也缺少结合异常标识和多类型依赖关系对候选连接进行可信筛选的处理过程，难以同时满足层级无环、组件单一挂接及资源类型匹配要求。

4、因此，如何提供一种基于序列化数据的三维场景重建方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于序列化数据的三维场景重建方法及系统，本发明通过场景重建依赖图和改进compgcn模型修复对象、组件及资源依赖关系，实现三维场景重建，具有重建准确性高、稳定性强和处理效率高的优点。

2、根据本发明实施例的一种基于序列化数据的三维场景重建方法，包括：

3、获取场景序列化数据、资源索引及反射元数据，解析为对象、组件、变换及资源引用记录；

4、校验对象关系、组件类型及资源标识，统一字段，生成标准场景记录和异常标识；

5、以标准场景记录的对象、组件及资源为节点，按层级、挂接及引用建立有向边，生成场景重建依赖图；

6、将标准场景记录、场景重建依赖图及异常标识输入改进compgcn模型，生成带置信度候选依赖边，改进compgcn模型包括节点关系初始化层、场景依赖门控组合卷积层、关系嵌入更新层及依赖修复多支路输出层；

7、依据层级无环、组件单一挂接及资源类型匹配约束筛选候选依赖边，生成可信场景依赖图；

8、依据可信场景依赖图创建对象实例并恢复层级，结合变换记录计算世界空间变换矩阵；

9、按组件记录及反射元数据恢复并挂接组件，按资源引用记录及资源索引加载并绑定资源，生成重建实例；

10、校验重建实例，沿可信场景依赖图提取异常节点及后继节点形成影响子图，保留图外实例并重建子图，输出三维场景重建结果。

11、可选的，所述解析为对象、组件、变换及资源引用记录包括：

12、场景序列化数据包括对象标识、父对象标识、对象状态、组件标识、组件类型、组件字段、局部变换及资源引用标识；资源索引包括资源标识、资源类型、资源路径及加载状态；反射元数据包括组件类型、字段名称、字段类型及字段读写接口；对象记录包括对象标识、父对象标识及对象状态；组件记录包括组件标识、所属对象标识、组件类型及组件字段；变换记录包括对象标识、局部位置、局部旋转及局部缩放；资源引用记录包括资源标识、引用组件标识、引用字段、资源类型及资源路径；

13、按对象标识划分场景序列化数据并提取父对象标识及对象状态，生成对象记录；

14、依据反射元数据匹配组件类型和组件字段，将组件标识、所属对象标识及组件字段关联至对象记录，生成组件记录；

15、按对象标识提取局部位置、局部旋转及局部缩放并关联至对象记录，生成变换记录；

16、按资源引用标识查询资源索引，将资源标识、资源类型和资源路径关联至引用组件标识及引用字段，生成资源引用记录。

17、可选的，所述生成标准场景记录和异常标识包括：

18、校验对象标识唯一性、父对象标识存在性及父子层级闭环，生成对象关系校验结果；

19、依据反射元数据和资源索引校验组件类型、组件字段、资源标识及资源路径，并匹配资源类型与引用字段的字段类型，生成组件资源校验结果；

20、统一对象记录、组件记录、变换记录及资源引用记录的字段名称、字段类型及排列顺序，关联统一后的记录生成标准场景记录，并依据对象关系校验结果和组件资源校验结果生成异常标识，所述异常标识包括异常对象标识、异常组件标识、异常资源标识、异常类型及异常字段位置。

21、可选的，所述生成场景重建依赖图包括：

22、依据标准场景记录建立对象节点、组件节点和资源节点并写入节点属性；

23、按父对象标识建立层级有向边并标记根对象节点；

24、按所属对象标识建立对象节点指向组件节点的挂接有向边，按引用组件标识建立组件节点指向资源节点的引用有向边；

25、为各有向边写入关系类型及依赖方向，汇总各节点及有向边，生成场景重建依赖图。

26、可选的，所述生成带置信度候选依赖边包括：

27、所述改进compgcn模型包括依次连接的节点关系初始化层、场景依赖门控组合卷积层、关系嵌入更新层及依赖修复多支路输出层；

28、将标准场景记录和场景重建依赖图输入节点关系初始化层，按节点类型映射节点属性，按有向边的关系类型及依赖方向映射关系特征，生成初始节点嵌入和初始关系嵌入；

29、将初始节点嵌入、初始关系嵌入、场景重建依赖图及异常标识输入场景依赖门控组合卷积层，依据异常标识生成依赖门控系数，对相邻节点嵌入与对应关系嵌入执行组合并加权聚合，生成场景依赖节点嵌入；

30、将初始关系嵌入和场景依赖节点嵌入输入关系嵌入更新层，按层级关系、挂接关系及引用关系更新关系嵌入并融合对应端点的场景依赖节点嵌入，生成场景依赖联合嵌入；

31、将场景依赖联合嵌入及异常标识输入依赖修复多支路输出层，通过层级修复支路、挂接修复支路及引用修复支路计算对象节点对、对象组件节点对及组件资源节点对的关系评分，生成带置信度候选依赖边；

32、依据完整历史场景序列化数据及正确依赖边生成训练标准场景记录、训练异常标识及训练场景重建依赖图并输入改进compgcn模型，以层级修复误差、挂接修复误差、引用修复误差及关系嵌入一致性误差为联合训练目标，优化模型参数至收敛，完成模型训练。

33、可选的，所述生成可信场景依赖图包括：

34、将带置信度候选依赖边与场景重建依赖图中未关联异常标识的有向边按关系类型合并，生成待筛选依赖边集合；

35、按终点对象节点及置信度筛选待筛选依赖边集合中的层级有向边，保留每个非根对象节点对应的一条层级有向边并剔除形成层级闭环的边，生成可信层级边集合；

36、按组件节点及置信度筛选待筛选依赖边集合中的挂接有向边，保留每个组件节点对应的一条边，生成可信挂接边集合；

37、依据反射元数据和资源索引筛选待筛选依赖边集合中引用字段的字段类型与资源类型匹配的引用有向边，生成可信引用边集合；

38、汇总各节点、可信层级边集合、可信挂接边集合及可信引用边集合，生成可信场景依赖图。

39、可选的，所述依据可信场景依赖图创建对象实例并恢复层级，结合变换记录计算世界空间变换矩阵包括：

40、依据可信场景依赖图的对象节点及对象记录创建对象实例并建立实例映射；

41、依据可信层级边和实例映射绑定父子层级并生成对象重建序列；

42、按对象标识匹配变换记录，将局部位置、局部旋转及局部缩放写入对象实例，分别生成局部平移矩阵、局部旋转矩阵及局部缩放矩阵并依次相乘，得到局部空间变换矩阵；

43、按对象重建序列，将根对象实例的局部空间变换矩阵作为世界空间变换矩阵，将父对象实例的世界空间变换矩阵与子对象实例的局部空间变换矩阵相乘，生成并写入子对象实例的世界空间变换矩阵。

44、可选的，所述生成重建实例包括：

45、依据所属对象标识匹配对象实例，依据组件类型查询反射元数据并创建组件实例，建立组件实例映射；

46、依据反射元数据转换组件字段并写入组件实例，将组件实例挂接至对应对象实例；

47、依据资源标识查询资源索引，复用已加载资源实例并按资源路径加载未加载资源，建立资源实例映射；

48、按引用组件标识和资源标识分别通过组件实例映射和资源实例映射匹配组件实例与资源实例，将资源实例写入引用字段，汇总对象实例、组件实例及资源实例，生成重建实例。

49、可选的，所述保留图外实例并重建子图，输出三维场景重建结果包括：

50、校验对象层级、组件挂接、资源绑定及世界空间变换矩阵，确定异常节点；

51、沿可信场景依赖图的依赖方向提取异常节点、后继节点及节点间有向边，形成影响子图；

52、保留图外实例及实例关联关系，移除并按依赖关系重新生成影响子图对应实例；

53、连接重新生成的对应实例与图外实例，恢复对象层级、组件挂接、资源绑定及世界空间变换矩阵，输出三维场景重建结果。

54、根据本发明实施例的一种基于序列化数据的三维场景重建系统，包括如下模块：

55、数据解析模块，用于解析场景序列化数据、资源索引及反射元数据，生成对象记录、组件记录、变换记录及资源引用记录；

56、记录校验模块，用于校验对象关系、组件类型及资源标识并统一字段，生成标准场景记录和异常标识；

57、依赖图构建模块，用于依据标准场景记录生成场景重建依赖图；

58、依赖修复模块，用于将标准场景记录、场景重建依赖图及异常标识输入改进compgcn模型，生成带置信度候选依赖边；

59、可信图生成模块，用于依据层级无环、组件单一挂接及资源类型匹配约束筛选带置信度候选依赖边，生成可信场景依赖图；

60、对象重建模块，用于依据可信场景依赖图及变换记录生成对象实例和世界空间变换矩阵；

61、组件资源恢复模块，用于依据组件记录、反射元数据、资源引用记录及资源索引恢复组件并绑定资源，生成重建实例；

62、场景校验重建模块，用于校验重建实例并重建影响子图，输出三维场景重建结果。

63、本发明的有益效果是：

64、本发明通过对场景序列化数据、资源索引及反射元数据进行统一解析和校验，将对象、组件、变换及资源引用关系转换为标准场景记录，并以对象节点、组件节点和资源节点构建场景重建依赖图，使原本分散存储的对象层级、组件挂接及资源引用关系形成统一的结构化表达，减少因对象标识重复、父对象缺失、组件类型异常及资源引用错误导致的场景结构缺失，提高三维场景数据解析和依赖关系恢复的准确性。

65、本发明通过改进compgcn模型联合处理标准场景记录、场景重建依赖图及异常标识，结合场景依赖门控组合卷积、关系嵌入更新和多支路依赖修复，生成带置信度候选依赖边，并依据层级无环、组件单一挂接及资源类型匹配约束生成可信场景依赖图，使对象层级、组件挂接和资源引用关系能够在异常序列化数据条件下得到修复，降低层级闭环、组件重复挂接及资源类型不匹配对三维场景重建结果的影响，提升场景重建的稳定性和可靠性。

66、本发明依据可信场景依赖图恢复对象层级、世界空间变换矩阵、组件实例及资源实例，并在重建实例出现异常时提取异常节点及后继节点形成影响子图，保留影响子图外的正常实例，仅对受影响部分进行重新生成和连接，避免对完整三维场景进行重复解析与整体重建，同时通过复用已加载资源实例减少资源重复加载，从而降低三维场景重建的处理开销，提高异常场景修复效率和三维场景重建结果的完整性。