海量實景三維數據在全息虛擬系統中的展現及應用

胡慧峰

【摘 要】隨著實景三維數據獲取方式的多樣化及應用的普遍性，生成的海量數據的處理、存儲及流暢瀏覽應用成為實景三維數據能否得到廣泛應用的關鍵。論文介紹的全息虛擬系統可將海量三維模型數據無損壓縮，秒級加載，實現超大場景的數據管理和快速表達，并逼真的呈現，具廣闊的應用前景。

【Abstract】 With the diversification of the acquisition method of real scene 3D data， and the universality of its application， the processing， storage and smooth browsing of the generated massive data has become the key to the wide application of real scene 3D data. The holographic virtual system introduced in this paper can compress the massive 3D model data losslessly， load in the second order， realize the data management and fast expression of the super-large scene， and present it realistically， which has a broad application prospect.

【關鍵詞】海量實景三維數據；全息虛擬系統；應用研究

【Keywords】massive real 3D data； holographic virtual system； application research

【中圖分類號】P208 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）11-0140-02

1 引言

隨著采集數據的技術的不斷進步，以及針對空間信息化作戰要求的不斷提升，要實現超大場景的數據管理和快速表達等不同地物信息化程度越來越高，對于超大場景的信息化管理要求也越來越高[1]。面對現代化的管理要求，不僅需要保證單位裝備硬件上的性能卓越，更需要應對信息化集約管理要求，實現高效快速還原、低信息損失的快速管理。基于此，本文以全息虛擬系統為研究對象，講述了全息虛擬系統的優點和全息虛擬系統海量數據格式轉換特征，簡要分析了海量實景三維數據在全息虛擬系統中的應用領域。

2 全息虛擬系統的優點

全息虛擬系統是應用三維數據獲取技術、海量三維數據快速加載技術以及全息虛擬現實技術等多種技術融合，通過全三維，全方位，全圖像、全視覺解析模式，實現高效的外業三維空間數據采集以及數據成果立體展示和虛擬仿真應用。其特點主要有以下幾點：

①不依賴顯示設備硬件，可以高速加載城市級別實景三維模型數據。

②同時配備雙通道三維動捕與視覺互動運算系統，使之成為多用戶多人全息互動系統。可以在同一個全息桌面上同時提供兩套可被使用者自主控制的主視野，以及與之相配合的兩套主控互動控制器，滿足兩組用戶實時對同一場景的互動控制，實現多人對同一方案的瀏覽互動研討。

③udWeb的數據模型可存放在云存儲服務器上或服務器內網，無須提前將模型整體下載到本地即可瀏覽。

④用戶使用受限制較弱，可以通過瀏覽器或者手機APP等功能，實現隨時隨地在線瀏覽大規模三維模型、點云模型。

⑤實現了在線數據漫游，用戶可以借助圖形化的按鈕或者鼠標鍵盤的方式在超大規模三維模型中漫游，也可以通過鼠標的操作進行距離的量算[1-2]。

3 全息虛擬系統海量數據格式轉換特征

①對多種類型來源的三維數據進行自動化數據優化轉換與多任務管理，得到其對應的高速流式點云格式的模型，可實現對于海量三維數據的高速可視化、中央存儲與在線協作共享功能。支持的數據來源包括：三維激光點云數據；攝影測量三維圖像數據；人工三維建模；其他類型的三維數據等。

②可選擇在流式數據轉換時對數據進行無損壓縮，壓縮后的數據體積最高可被壓縮至原體積的20%～5%，從而從數據壓縮比的角度來提升對于在線共享速率的支撐。

③在轉換前可設定的參數包括：a流式數據模式，uds常規模式，udg大規模數據模式（多用于地域面積極大的信息，比如城市及以上規模，以提升數據三維可視化管理協作的效率）b轉換的精度設置，最高支持0.01mm的轉換精度；c轉換的點的數量的設定，可用于大批量正式轉換之前的轉換采樣測試；d原始點云之中包含的分類屬性信息的繼承與否的選項；e投影坐標系信息，可實現對投影坐標系的展示與隱藏，以及投影坐標系的轉換；f色彩位元及反射率/強度值范圍設定，以及色彩的伽馬校正選項；g版權信息設定；h數據源的地理信息的尺寸單位設置；i對于源文件為人工三維建模的數據在轉換前可進行光效貼圖的導入，以及色彩反轉的選項[2]。

④轉換目標文件夾設置和轉換任務的記錄與管理。

4 海量實景三維數據在全息虛擬系統中的應用

4.1 數字城市建設方面的應用

驅動智慧城市發展，以車載、船載、無人機、航拍的方式進行城市建筑體三維掃描及拍攝，重點建筑物精細掃描為點云數據或傾斜模型數據，以進行數字化城市、模型聯動等功能，制作成三維城市模型（圖1）等圖件。

4.2 城市展廳/企業展廳建設方面的應用

該系統加載實景三維數據后，用戶可以通過多角度的視域進行查看城市三維面貌或工業園區的未來規劃圖等。此外，全息系統可以根據自身需求進行自由縮放、移動，再編輯圖形等，廣泛地應用于介紹城市整體狀況、招商園區的介紹、大型企業的動態觀測、房地產項目的三維展覽等，還可以應用于城市整體布局與規劃設計等方面。

4.3 文物保護方面的應用

歷史文物與古跡數字化存檔，數字化博物館已經成為很多博物館的戰略選擇。通過全息掃描，以及高清化處理，博物館的全部展品可以不受時空限制地對大眾展出，對展品安保，展覽空間的節約，觀看的便利性等提供了極大的價值。

4.4 城市規劃方面的應用

城市規劃部門可將設計好的建筑模型植入到拍攝好的3D圖形文件中，任意拖動位置來進行擺放設計，觀察、體驗建成效果。例如在城市中設計一座橋梁，我們可以將這座橋梁的設計圖直接導入到城市的三維模型數據中，這樣設計師就可以從各個角度觀看這座橋建造好后的狀態，包括站在橋梁上觀看周圍的場景。

4.5 全息虛擬旅游方面的應用

旅游勝地視覺化游覽，有了視覺游覽技術，任何人都有機會不受時空限制去游覽感興趣的目的地和場所。我們可以運用SolidScan技術，真實還原世界眾多著名景點、建筑、文物古跡等，讓世界各地的“全息旅行者”可以游覽和欣賞到這些景觀和物品。

4.6 全息虛擬教育方面的應用

在全息虛擬系統中加載實景三維數據，可查看教學需要的各類植被、地形、地貌、地類等，很大程度上可代替外業練習，野外實習，提高教學安全性，并可制作加載課件，增加教學互動，提升學生的學習興趣。

4.7 產品展示方面的應用

產品的展示以三維模型效果最佳，給閱讀者以身臨其境的感覺。因此，如房地產等行業大量使用三維模型進行宣傳工作，可以增強產品的豐富生動感。此外，加入動態模擬的內容可以讓用戶與產品產生交互體驗。

5 結語

本文以全息虛擬系統為研究對象，講述了全息虛擬系統海量數據格式轉換及高速加載海量數據的特征，能很大程度上解決傳統存儲、瀏覽海量三維數據對硬件要求極高以及卡頓的痛點，并從數字城市、企業展廳、文物保護、城市規劃、全息虛擬旅游、全息教育及培訓和產品展示等方面講述了海量實景三維數據在全息虛擬系統中的應用，為拓展系統的應用前景提供參考。

【參考文獻】

【1】朱竹青. 基于GPU的數字全息虛擬系統實時探測三維物體動態變化的實驗研究[A].中國光學學會2010年光學大會論文集[C].中國光學學會，2010.

【2】向根祥. 數字全息的信息量及其三維輪廓生成理論研究[D].成都：電子科技大學，2005.