一种用于旅游和教学的多源多尺度虚拟地质公园建设方法与流程

1.本发明属于虚拟仿真体验与教学技术领域，特别是涉及一种用于旅游和教学的多源多尺度虚拟地质公园建设方法。


背景技术：

2.通常对于虚拟场景的建立采用人工建模的方式，尤其是对于公园级别的大尺度场景，现在也发展出无人机三维实景建模及激光雷达可视光建模手段；在虚拟旅游和教学体验过程中，一方面需要保证公园场景结构的完整性，同时要保证重点区域细节的完善性，尤其在教学过程中，要求从大尺度结构、小尺度细节甚至微观领域进行观察判定，而如今不同地学数据源的获取方式越发多样，同时对数据的处理方式也多样化发展的新阶段。
3.现有的激光雷达可视光建模价格昂贵且无法大规模使用，而无人机三维对于尺度和细节方面需要有所取舍，同时对于树木等特征点极端不明显的物体建模质量特别差，对于实景还原度较低，并增加了模型复杂性，为此我们提出一种用于旅游和教学的多源多尺度虚拟地质公园建设方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于旅游和教学的多源多尺度虚拟地质公园建设方法，通过汇总不同地学数据，并采用多源建模方式、算法及处理手段，实现地质公园多尺度场景的真实还原。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种用于旅游和教学的多源多尺度虚拟地质公园建设方法，包括以下步骤：
7.s1：在计算机中输入dem数据，叠加正射影像，建立整个公园的大尺度模型；
8.s2：针对公园地质路线进行无人机航拍照片，将照片在计算机中进行对齐排序，并根据坐标和机器拍摄时的参数提取同名特征点，进行空三计算和模型建立；
9.s3：采用模型处理方法对无人机三维场景中的树木进行去除，并且叠加人工树木；
10.s4：对地质观察点采用相机进行拍照，通过计算机进行照片对齐，并且通过提取特征点进行三维重建，建立精细化的三维模型；
11.s5：将大尺度模型通过计算机进行网格压缩，建立不同精细化质量的层次模型，将中等和精细化尺度的公园实景模型进行网格化处理；
12.s6：在场景中对公园实景模型进行点位标注和信息展示，用于解释地学现象，进行虚拟旅游讲解和实习教学。
13.优选的，所述步骤s2航拍照片中的同名特征点通过gps定位测量算法提取，并且在空间中建立点云的位置结构，并连接成网格模型，要求数据采集的时候尽可能遵照实际景区地形起伏情况飞行，同时保证数据的丰富以确保有足够的连接点信息，所述具体拍照步骤如下：
14.(1)从至少五个不同方向对照片进行拍摄采集，确保在垂直方向遵循地形起伏现状的数据补充；
15.(2)不同照片中相同事物的匹配点以云的形式，通过照片航拍时的gps信息以及无人机角度进行提取，通过三角网格生成算法形成相应的三维模型。
16.优选的，所述步骤s3中通过对树木进行挖除和填充处理，并叠加人工的树木模型，对实景场景中效果不佳的复杂体进行修复，具体步骤如下：
17.(1)通过根据模型中树木叶片的复杂程度，去除模型中树木的树冠并且从树根处地面进行挖除；
18.(2)模型中挖除的地面以相邻地面部分作为素材，通过计算机对挖除的模型地面部分进行网格填充；
19.(3)根据现实场景中树木的品种、高度以及体积，通过计算机在模型网格填充的空地上补充人工建模的树木，以此高度还原实景公园场景。
20.优选的，所述步骤s4中对于观察点的建模，在相机拍摄过程中采用环绕贴近式的拍照方法，同时对模型建模不采用gps定位测量算法，采用临近照片的特征点提取方法，最终形成点云并连接成网格模型。
21.优选的，所述步骤s5中对模型的网格化和层次化处理，遵循单个模型建立粗、中等和精细三个等级，对于实景模型根据四叉树原则建立瓦片化数据，模型加载算法同时对不同模型进行调度。
22.优选的，所述步骤s6中对模型的叠加应用，通过实际坐标和虚拟公园场景进行关联，其描述可在虚拟场景中进行观察，并且与实际照片相比照，体现虚实结合的效果。
23.本发明具有以下有益效果：
24.1.本发明通过直接使用可以获取的地学数据，如dem、遥感影像，结合无人机和相机实景照片建立的实景模型及人工模型，从多源多尺度高度还原地质公园环境。
25.2.本发明通过采用的模型构建方式都为优选的方法，而对场景中不可避免的模型质量问题，如树木结构复杂且效果差，采用特定方法进行剔除并修模。
26.3.本发明通过场景模型从园区粗模到地质路线的实景模型到地质观察点精细化模型，可保障用户由粗到细的观察需求，尽量保留相关教学信息并保证虚拟场景运行时的流程性。
27.4.本发明通过最终地质公园场景模型可与标准地理坐标体系相关联，保证最终展现出来的文字、图片、视频等描述信息与实际观察和教学点位的对应。
28.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明一种用于旅游和教学的多源多尺度虚拟地质公园建设方法的流程图。
具体实施方式
31.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.参阅图1，本发明为一种用于旅游和教学的多源多尺度虚拟地质公园建设方法，包括以下步骤：
35.s1：在计算机中输入dem数据，叠加正射影像，建立整个公园的大尺度模型；
36.s2：针对公园地质路线进行无人机航拍照片，将照片在计算机中进行对齐排序，并根据坐标和机器拍摄时的参数提取同名特征点，进行空三计算和模型建立；
37.s3：采用模型处理方法对无人机三维场景中的树木进行去除，并且叠加人工树木；
38.s4：对地质观察点采用相机进行拍照，通过计算机进行照片对齐，并且通过提取特征点进行三维重建，建立精细化的三维模型；
39.s5：将大尺度模型通过计算机进行网格压缩，建立不同精细化质量的层次模型，将中等和精细化尺度的公园实景模型进行网格化处理；
40.s6：在场景中对公园实景模型进行点位标注和信息展示，用于解释地学现象，进行虚拟旅游讲解和实习教学。
41.优选的，所述步骤s2航拍照片中的同名特征点通过gps定位测量算法提取，并且在空间中建立点云的位置结构，并连接成网格模型，要求数据采集的时候尽可能遵照实际景区地形起伏情况飞行，同时保证数据的丰富以确保有足够的连接点信息，所述具体拍照步骤如下：
42.(1)从至少五个不同方向对照片进行拍摄采集，确保在垂直方向遵循地形起伏现状的数据补充；
43.(2)不同照片中相同事物的匹配点以云的形式，通过照片航拍时的gps信息以及无人机角度进行提取，通过三角网格生成算法形成相应的三维模型。
44.优选的，所述步骤s3中通过对树木进行挖除和填充处理，并叠加人工的树木模型，对实景场景中效果不佳的复杂体进行修复，具体步骤如下：
45.(1)通过根据模型中树木叶片的复杂程度，去除模型中树木的树冠并且从树根处地面进行挖除；
46.(2)模型中挖除的地面以相邻地面部分作为素材，通过计算机对挖除的模型地面部分进行网格填充；
47.(3)根据现实场景中树木的品种、高度以及体积，通过计算机在模型网格填充的空地上补充人工建模的树木，以此高度还原实景公园场景。
48.优选的，所述步骤s4中对于观察点的建模，在相机拍摄过程中采用环绕贴近式的拍照方法，同时对模型建模不采用gps定位测量算法，采用临近照片的特征点提取方法，最终形成点云并连接成网格模型。
49.优选的，所述步骤s5中对模型的网格化和层次化处理，遵循单个模型建立粗、中等和精细三个等级，对于实景模型根据四叉树原则建立瓦片化数据，模型加载算法同时对不同模型进行调度。
50.优选的，所述步骤s6中对模型的叠加应用，通过实际坐标和虚拟公园场景进行关联，其描述可在虚拟场景中进行观察，并且与实际照片相比照，体现虚实结合的效果。
51.在人员使用时，首先对于某滨海地质公园景区，通过获取其dem数据及遥感影像数据，建立整个公园尺度的粗模；其次对于路线尺度，采用无人机实景三维技术进行建模，而对结构复杂但效果差的树木进行剔除并以人工模型进行替代；从次对于观察点尺度，采用相机进行实景建模，模型要以清晰反映岩石和构造细节为宜；最终将所有模型导入系统中进行叠加，将观察点信息和知识点在模型上进行标注，以保证用户在虚拟环境游览过程中进行了解和学习。
52.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。