面向三维高斯泼溅场景的数据查询方法、系统及电子设备与流程

本发明涉及三维高斯场景中语义对象的数据查询领域，尤其是涉及一种面向三维高斯泼溅场景的数据查询方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、三维高斯泼溅技术凭借高效的渲染性能，已广泛应用于数字孪生、自主导航等大规模三维场景领域。现有技术通常采用空间分块、几何细节层级、视锥剔除等方案提升大场景渲染效率，同时也出现了为高斯原语附加类别概率、语义特征的技术手段，以实现场景语义检索。

2、但现有技术仍存在明显缺陷：一是空间分块独立聚类易造成跨块物体重复分簇或语义断裂，语义对象缺乏全局唯一的几何支撑；二是语义组织多采用通用父子关系，无法区分类别继承、组成、附着、空间占用等不同关系类型，易产生错误置信度继承与关系冲突；三是几何细节层级与语义粒度强制绑定，查询细粒度语义需同步加载细几何，带来冗余的带宽与显存开销；四是渐进查询未与场景版本绑定，跨版本分页易出现结果重复、遗漏，状态一致性难以保证。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向三维高斯泼溅场景的数据查询方法、系统及电子设备，该方法能够为三维高斯原语建立空间层级和唯一主归属，在空间节点内依据跨节点边界边执行全局归并得到互不重叠的原子高斯簇，然后基于原子高斯簇生成具有稳定身份的语义实例，进而生成可聚合多个原子高斯簇的不可变场景快照，并在该场景快照中建立各个语义层级对应的几何证据约束条件；查询时根据几何证据和资源预算返回相应的几何与语义、仅语义或降级结果。本方法能够减少跨块重复，避免错误语义继承，并降低细粒度语义查询所需的无关几何传输和显存占用。

2、第一方面，本发明实施方式提供了一种面向三维高斯泼溅场景的数据查询方法，该方法包括：

3、利用目标三维高斯泼溅场景中的场景位置数据构建空间层级树，基于空间层级树为目标三维高斯泼溅场景中的每个高斯记录数据确定唯一的主归属叶节点，并利用主归属叶节点对所有高斯记录数据进行聚类归并处理后生成原子高斯簇；

4、基于原子高斯簇生成的语义实例图分别构建几何层级载荷和语义层级数据，将几何层级载荷和语义层级数据对应的相交关系、语义内容、实例图与层级映射整合为场景快照，并构建各个语义层级对应的几何证据约束条件；

5、解析查询请求后生成绑定场景快照的查询计划，在几何证据约束条件下按照查询计划从场景快照中得到几何层级与语义层级的查询结果。

6、可选的，原子高斯簇的生成过程，包括：

7、针对目标三维高斯泼溅场景中三维高斯原语的几何属性和语义数据，经校验归一化处理后生成包含校准类别概率、质量权重与包围盒的多个高斯记录数据；

8、按主归属叶节点内的高斯数量和空间尺寸将目标三维高斯泼溅场景递归切分为空间节点，切分面选在节点最长轴的质量加权中位数处，并以每个高斯记录数据的中心位置所在叶节点作为唯一的主归属叶节点；

9、在各个主归属叶节点内，通过近邻搜索计算候选对的连接权重，并利用连接权重对所有高斯记录数据按照节点和边界进行聚类归并处理后，得到每个高斯记录数据对应的原子高斯簇。

10、可选的，语义实例图的生成过程，包括：

11、针对原子高斯簇内中高斯记录数据的类别概率，按预设的质量权重进行加权聚合后生成对应的细粒度语义实例；其中，细粒度语义实例采用稳定身份标识与不可变修订标识分离的机制，修改语义仅生成新修订而不改变身份；

12、按语义层级对应的执行顺序对细粒度语义实例中的多个子实例进行聚合处理后，生成无独立几何支撑的虚拟聚合父实例；

13、根据各个子实例域与虚拟聚合父实例之间的组成、附着、位置、占用中的一种或多种有向关系生成原子高斯簇对应的语义实例图。

14、可选的，场景快照的获取过程，包括：

15、利用几何层级载荷和语义层级数据对应的相交关系、语义内容、实例图与层级映射，分别构建支持范围查询与视锥查询的空间索引、由类别指向实例的语义倒排索引、存储有类型关系的实例图索引，以及表征细节层级的映射索引；

16、在将空间索引、语义倒排索、实例图索引和映射索引指向同一快照标识后，利用几何层级载荷和语义层级数据获取原子高斯簇对应的实例修订集合和载荷清单；

17、通过同一快照标识、实例修订集合和载荷清单构建原子高斯簇的场景快照。

18、可选的，几何证据约束条件的构建过程，包括：

19、基于语义层级数据获取语义实例图对应的几何细节层级载荷，并通过几何细节层级载荷记录语义实例图对应原始支撑权重；

20、利用语义实例图在当前视角下的投影像素面积计算原始支撑权重对应的几何证据得分；

21、通过几何证据得分构建语义实例图中各个语义层级的几何证据约束条件。

22、可选的，查询计划的生成过程，包括：

23、在获取查询请求后，将查询请求中的包围盒参数、半径参数和视锥参数转换至场景快照对应的场景坐标系中；

24、基于场景坐标系构建查询请求对应的空间转换条件、语义候选条件和任务约束条件；

25、利用场景快照的快照标识、空间转换条件、语义候选条件和任务约束条件生成唯一的查询签名，并基于查询签名生成场景快照的查询计划。

26、可选的，查询结果的获取过程，包括：

27、通过几何层级载荷和语义层级数据从场景快照中分别获取查询计划对应的空间索引和语义索引；

28、利用空间索引和语义索引的交集得到候选实例集合，并获取候选实例集合中每个实例的几何层级、语义层级和返回模式之间的组合结果；

29、通过满足几何证据约束条件下的各个组合结果生成查询请求对应的查询结果。

30、可选的，该方法还包括：

31、实时获取查询结果对应的数据占用空间，并利用数据占用空间生成查询请求对应的返回批次；

32、获取查询请求的查询签名，利用返回批次对应的查询标识和快照标识生成查询签名的令牌校验结果；

33、通过令牌校验结果更新查询结果。

34、第二方面，本发明提供一种面向三维高斯泼溅场景的数据查询系统，该系统包括：

35、原子高斯簇生成模块：用于利用目标三维高斯泼溅场景中的场景位置数据构建空间层级树，基于空间层级树为目标三维高斯泼溅场景中的每个高斯记录数据确定唯一的主归属叶节点，并利用主归属叶节点对所有高斯记录数据进行聚类归并处理后生成原子高斯簇；

36、约束条件生成模块：用于基于原子高斯簇生成的语义实例图分别构建几何层级载荷和语义层级数据，将几何层级载荷和语义层级数据对应的相交关系、语义内容、实例图与层级映射整合为场景快照，并构建各个语义层级对应的几何证据约束条件；

37、查询结果获取模块：用于解析查询请求后生成绑定场景快照的查询计划，在几何证据约束条件下按照查询计划从场景快照中得到几何层级与语义层级的查询结果。

38、第三方面，本发明实施方式还提供一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现第一方面提供的面向三维高斯泼溅场景的数据查询方法的步骤。

39、本发明实施方式提供的一种面向三维高斯泼溅场景的数据查询方法、系统及电子设备，在对三维高斯场景中语义对象进行数据查询的过程中，该方法首先利用目标三维高斯泼溅场景中的场景位置数据构建空间层级树，基于空间层级树为目标三维高斯泼溅场景中的每个高斯记录数据确定唯一的主归属叶节点，并利用主归属叶节点对所有高斯记录数据进行聚类归并处理后生成原子高斯簇；然后基于原子高斯簇生成的语义实例图分别构建几何层级载荷和语义层级数据，将几何层级载荷和语义层级数据对应的相交关系、语义内容、实例图与层级映射整合为场景快照，并构建各个语义层级对应的几何证据约束条件；最后解析查询请求后生成绑定场景快照的查询计划，在几何证据约束条件下按照查询计划从场景快照中得到几何层级与语义层级的查询结果。本方案能够减少跨块重复，避免错误语义继承，并降低细粒度语义查询所需的无关几何传输和显存占用。

40、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

41、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。