一种倾斜摄影三维模型的拓扑错误自动修复方法与流程

本发明涉及三维模型处理，具体为一种倾斜摄影三维模型的拓扑错误自动修复方法。

背景技术：

1、倾斜摄影三维模型通常由影像重建得到，并以分块、分层级的带纹理三角网形式组织。受影像遮挡、匹配误差、网格简化、瓦片切分及层级转换等因素影响，模型中容易出现孔洞、裂缝、悬空面、非流形边及重复面等拓扑异常。开放边界既可能来源于地物真实外轮廓、数据裁剪范围或瓦片边界，也可能来源于三角网重建缺失，二者在局部几何形态上较为相似。

2、现有修复方式通常依据边界闭合情况或几何阈值识别孔洞，并采用顶点合并、边界缝合或局部补面进行处理，难以结合相邻瓦片、不同细节层级及纹理映射关系准确判定开放边界来源，容易误修合法边界或漏修重建错误。修复过程中还可能破坏跨瓦片几何衔接，引起新增裂缝、表面突变、纹理拉伸或纹理错位。因此，亟需解决如何准确判定分块、多层级、带纹理倾斜摄影三角网中开放边界的来源，并仅对重建型拓扑错误实施保持跨瓦片几何及纹理连续的局部自动修复。

3、为此，提出一种倾斜摄影三维模型的拓扑错误自动修复方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种倾斜摄影三维模型的拓扑错误自动修复方法，通过影像覆盖与瓦片归属识别截断型边界，利用平差残差补偿边界位置并生成缝合面片，结合纹理采样、色调调整及层级映射，实现跨瓦片、多层级三维模型拓扑错误的自动修复。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种倾斜摄影三维模型的拓扑错误自动修复方法，包括：

4、获取分块重建各瓦片对应的像片外方位元素及像片与瓦片的归属关系，识别三角网中仅被单一面片引用的边，并将边聚类为开放边界环；

5、依据开放边界环的物方位置，检索具备有效观测角度且在归属瓦片内确有有效重建面片的覆盖像片；若覆盖像片归属于相邻瓦片，则判定开放边界环为截断型边界，记录截断型边界对应的物方位置、归属的相邻瓦片及覆盖像片；

6、提取截断型边界两侧瓦片对应的平差残差，按截断型边界所在层级的网格顶点位置施加位置补偿，生成缝合面片；

7、依据覆盖像片，对缝合面片执行投影采样得到纹理，并按缝合面片共享边界处的颜色差异，对来源不同的纹理执行色调调整；

8、依据层级间瓦片合并映射关系，定位其他层级中与截断型边界对应的物方位置；对其他层级，依据覆盖像片，按层级自身的网格顶点位置重复位置补偿及投影采样与色调调整。

9、优选的，获取分块重建各瓦片对应的像片外方位元素及像片与瓦片的归属关系，具体为：按预设的空间范围划分规则将测区划分瓦片，并将全部参与重建的像片按对应地面拍摄位置所属的瓦片范围，分配至对应瓦片形成任务分配记录；对分配至各瓦片的像片执行区域网平差，以像片间同名连接点的空间交会关系及外业控制点坐标为约束条件进行整体解算，得到每张像片的相机位置、相机姿态及每一连接点的三维坐标，将解算得到的相机位置、相机姿态与像片在任务分配记录中所属的瓦片编号按像片标识对应存储，形成像片与瓦片的归属关系；

10、识别三角网中仅被单一面片引用的边，并将边聚类为开放边界环，具体为：遍历当前瓦片三角网中各三角面片的三条边，统计每条边被引用的次数，将仅被引用一次的边确定为候选开放边；按候选开放边端点坐标的重合关系，将候选开放边依次首尾串接，形成开放边界环，并记录开放边界环上各点的物方三维坐标。

11、优选的，覆盖像片获取过程具体为：依据像片的相机位置、相机姿态及预设的相机像幅参数，确定每张像片在物方的有效影像范围；依据开放边界环上各点的物方三维坐标，筛选落入像片有效影像范围内的点，作为像片的候选覆盖点；依据候选覆盖点邻近三角面片的顶点坐标计算候选覆盖点的局部曲面法向，将候选覆盖点与对应像片相机位置的连线方向同局部曲面法向的夹角小于预设角度阈值的像片，确定候选覆盖点的初选像片；对每一初选像片，依据像片与瓦片的归属关系获取初选像片所属的瓦片编号，判断对应的三角网中检索候选覆盖点物方三维坐标邻近范围内是否存在三角面片；将检索到三角面片存在的初选像片，确定为覆盖像片。

12、优选的，记录截断型边界对应的物方位置、归属的相邻瓦片及覆盖像片，具体为：读取开放边界环上各点对应的覆盖像片及所属的瓦片编号，将瓦片编号与当前瓦片编号逐一比对；将不同于当前瓦片编号的覆盖像片所属的瓦片编号，确定为相邻瓦片，并将覆盖像片对应的开放边界环判定为截断型边界；将截断型边界上各点的物方三维坐标记录为截断型边界对应的物方位置，将确定判定结果所依据的覆盖像片及相邻瓦片，按点对应关系关联记录至截断型边界。

13、优选的，生成缝合面片过程具体为：依据截断型边界记录的相邻瓦片，分别读取当前瓦片与相邻瓦片各自执行区域网平差时得到的连接点三维坐标及对应残差；筛选出连接点三维坐标位于截断型边界对应物方位置邻近范围内的连接点，作为参照连接点；比较当前瓦片一侧参照连接点与相邻瓦片一侧参照连接点的平差残差，将平差残差大的一侧确定为待补偿边界，另一侧确定为基准边界；依据待补偿边界上各点与邻近参照连接点的位置关系及参照连接点的残差，对待补偿边界的网格顶点位置施加位置补偿，得到补偿后边界；在补偿后边界与基准边界之间生成缝合面片。

14、优选的，对来源不同的纹理执行色调调整，具体为：对缝合面片依据截断型边界关联记录的覆盖像片，逐一判断缝合面片与对应覆盖像片相机位置的连线是否被基准边界或补偿后边界邻近的三角面片遮挡，排除观测方向被遮挡的覆盖像片；从未被遮挡的覆盖像片中，选取缝合面片法向与相机位置连线方向夹角最小的覆盖像片，作为缝合面片的来源像片；依据来源像片的相机位置、相机姿态及相机像幅参数，将缝合面片顶点的物方三维坐标换算为来源像片平面内的像素坐标，读取像素坐标位置的像片内容作为缝合面片的纹理；对来源像片不同的相邻缝合面片，比对二者共享边界处对应像素的颜色数值，对颜色数值偏离基准边界一侧邻近原始面片纹理大的一侧执行整体颜色数值调整。

15、优选的，定位其他层级中与截断型边界对应的物方位置具体为：在多细节层次生成过程中，按预设简化规则将基准层级中相邻的多个瓦片合并为其他层级中的一个瓦片，并将合并前后的瓦片编号对应关系记录为层级间瓦片合并映射关系；依据截断型边界记录的归属瓦片及相邻瓦片的编号，在层级间瓦片合并映射关系中查找归属瓦片及相邻瓦片在其他层级中对应的瓦片编号；

16、按层级自身的网格顶点位置重复位置补偿及投影采样与色调调整具体为：若归属瓦片及相邻瓦片在其他层级中对应同一瓦片编号，则依据截断型边界记录的物方位置，在瓦片编号对应的其他层级网格中检索邻近范围内是否存在因瓦片合并产生的重复面片或仅被单一面片引用的边，并对检索到的重复面片或边执行拓扑清理；若归属瓦片及相邻瓦片在其他层级中对应不同瓦片编号，则依据截断型边界关联记录的覆盖像片，按其他层级自身的网格顶点位置，重复位置补偿及投影采样与色调调整。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、1、本发明基于像片外方位元素、像片与瓦片的归属关系以及开放边界环的物方位置，检索具备有效观测角度且实际存在重建面片的覆盖像片，并通过覆盖像片所属瓦片与当前瓦片的对应关系识别截断型边界。该方式能够从真实影像覆盖及重建成果两方面确认开放边界的形成原因，区分瓦片分块造成的截断边界与场景自身开放边界，减少将建筑物真实开口、模型外缘等正常结构误判为拓扑错误的情况，提高拓扑错误识别的准确性，为后续局部修复提供可靠对象。

19、2、本发明提取截断型边界两侧瓦片的平差残差，以边界邻近连接点作为参照，比较两侧平差残差并确定待补偿边界与基准边界，再依据参照连接点的残差及空间位置关系对待补偿边界的网格顶点实施位置补偿。由此能够利用区域网平差过程中形成的误差信息校正相邻瓦片之间的几何偏移，并在补偿后边界与基准边界之间生成缝合面片，避免直接连接错位顶点所产生的面片扭曲、交叉或局部突变，提高跨瓦片三角网的几何连续性和修复可靠性。

20、3、本发明对覆盖像片进行遮挡判断和观测角度筛选，从有效来源像片中投影采样缝合面片纹理，并依据共享边界处的颜色差异实施色调调整，从而减弱不同像片曝光、视角及成像条件造成的纹理接缝。同时，利用层级间瓦片合并映射关系将截断型边界的物方位置传递至其他细节层级，根据瓦片合并结果分别执行拓扑清理或重新补偿修复，使不同细节层次的拓扑结构、几何位置及纹理表现保持对应一致，避免模型切换层级时出现裂缝重现、重复面片或明显色差。