海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的展現(xiàn)及應(yīng)用

胡慧峰

（廣州南方測(cè)繪科技股份有限公司天津分公司，天津 300011）

1 引言

隨著采集數(shù)據(jù)的技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及針對(duì)空間信息化作戰(zhàn)要求的不斷提升，要實(shí)現(xiàn)超大場(chǎng)景的數(shù)據(jù)管理和快速表達(dá)等不同地物信息化程度越來(lái)越高，對(duì)于超大場(chǎng)景的信息化管理要求也越來(lái)越高[1]。面對(duì)現(xiàn)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(yīng)對(duì)信息化集約管理要求，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)為研究對(duì)象，講述了全息虛擬系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和全息虛擬系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換特征，簡(jiǎn)要分析了海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 全息虛擬系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

全息虛擬系統(tǒng)是應(yīng)用三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、海量三維數(shù)據(jù)快速加載技術(shù)以及全息虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多種技術(shù)融合，通過(guò)全三維，全方位，全圖像、全視覺(jué)解析模式，實(shí)現(xiàn)高效的外業(yè)三維空間數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)成果立體展示和虛擬仿真應(yīng)用。其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

①不依賴顯示設(shè)備硬件，可以高速加載城市級(jí)別實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)。

于同時(shí)配備雙通道三維動(dòng)捕與視覺(jué)互動(dòng)運(yùn)算系統(tǒng)，使之成為多用戶多人全息互動(dòng)系統(tǒng)。可以在同一個(gè)全息桌面上同時(shí)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(dòng)控制器，滿足兩組用戶實(shí)時(shí)對(duì)同一場(chǎng)景的互動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)多人對(duì)同一方案的瀏覽互動(dòng)研討。

③udWeb的數(shù)據(jù)模型可存放在云存儲(chǔ)服務(wù)器上或服務(wù)器內(nèi)網(wǎng)，無(wú)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(guò)瀏覽器或者手機(jī)APP等功能，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地在線瀏覽大規(guī)模三維模型、點(diǎn)云模型。

⑤實(shí)現(xiàn)了在線數(shù)據(jù)漫游，用戶可以借助圖形化的按鈕或者鼠標(biāo)鍵盤(pán)的方式在超大規(guī)模三維模型中漫游，也可以通過(guò)鼠標(biāo)的操作進(jìn)行距離的量算[1-2]。

3 全息虛擬系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換特征

①對(duì)多種類型來(lái)源的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)優(yōu)化轉(zhuǎn)換與多任務(wù)管理，得到其對(duì)應(yīng)的高速流式點(diǎn)云格式的模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于海量三維數(shù)據(jù)的高速可視化、中央存儲(chǔ)與在線協(xié)作共享功能。支持的數(shù)據(jù)來(lái)源包括：三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)；攝影測(cè)量三維圖像數(shù)據(jù)；人工三維建模；其他類型的三維數(shù)據(jù)等。

于可選擇在流式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)體積最高可被壓縮至原體積的20%～5%，從而從數(shù)據(jù)壓縮比的角度來(lái)提升對(duì)于在線共享速率的支撐。

③在轉(zhuǎn)換前可設(shè)定的參數(shù)包括：a流式數(shù)據(jù)模式，uds常規(guī)模式，udg大規(guī)模數(shù)據(jù)模式（多用于地域面積極大的信息，比如城市及以上規(guī)模，以提升數(shù)據(jù)三維可視化管理協(xié)作的效率）b轉(zhuǎn)換的精度設(shè)置，最高支持0.01mm的轉(zhuǎn)換精度；c轉(zhuǎn)換的點(diǎn)的數(shù)量的設(shè)定，可用于大批量正式轉(zhuǎn)換之前的轉(zhuǎn)換采樣測(cè)試；d原始點(diǎn)云之中包含的分類屬性信息的繼承與否的選項(xiàng)；e投影坐標(biāo)系信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)投影坐標(biāo)系的展示與隱藏，以及投影坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換；f色彩位元及反射率/強(qiáng)度值范圍設(shè)定，以及色彩的伽馬校正選項(xiàng)；g版權(quán)信息設(shè)定；h數(shù)據(jù)源的地理信息的尺寸單位設(shè)置；i對(duì)于源文件為人工三維建模的數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換前可進(jìn)行光效貼圖的導(dǎo)入，以及色彩反轉(zhuǎn)的選項(xiàng)[2]。

④轉(zhuǎn)換目標(biāo)文件夾設(shè)置和轉(zhuǎn)換任務(wù)的記錄與管理。

4 海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 數(shù)字城市建設(shè)方面的應(yīng)用

驅(qū)動(dòng)智慧城市發(fā)展，以車載、船載、無(wú)人機(jī)、航拍的方式進(jìn)行城市建筑體三維掃描及拍攝，重點(diǎn)建筑物精細(xì)掃描為點(diǎn)云數(shù)據(jù)或傾斜模型數(shù)據(jù)，以進(jìn)行數(shù)字化城市、模型聯(lián)動(dòng)等功能，制作成三維城市模型（圖1）等圖件。

圖1 三維城市實(shí)景圖

4.2 城市展廳/企業(yè)展廳建設(shè)方面的應(yīng)用

該系統(tǒng)加載實(shí)景三維數(shù)據(jù)后，用戶可以通過(guò)多角度的視域進(jìn)行查看城市三維面貌或工業(yè)園區(qū)的未來(lái)規(guī)劃圖等。此外，全息系統(tǒng)可以根據(jù)自身需求進(jìn)行自由縮放、移動(dòng)，再編輯圖形等，廣泛地應(yīng)用于介紹城市整體狀況、招商園區(qū)的介紹、大型企業(yè)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、房地產(chǎn)項(xiàng)目的三維展覽等，還可以應(yīng)用于城市整體布局與規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面。

4.3 文物保護(hù)方面的應(yīng)用

歷史文物與古跡數(shù)字化存檔，數(shù)字化博物館已經(jīng)成為很多博物館的戰(zhàn)略選擇。通過(guò)全息掃描，以及高清化處理，博物館的全部展品可以不受時(shí)空限制地對(duì)大眾展出，對(duì)展品安保，展覽空間的節(jié)約，觀看的便利性等提供了極大的價(jià)值。

4.4 城市規(guī)劃方面的應(yīng)用

城市規(guī)劃部門(mén)可將設(shè)計(jì)好的建筑模型植入到拍攝好的3D圖形文件中，任意拖動(dòng)位置來(lái)進(jìn)行擺放設(shè)計(jì)，觀察、體驗(yàn)建成效果。例如在城市中設(shè)計(jì)一座橋梁，我們可以將這座橋梁的設(shè)計(jì)圖直接導(dǎo)入到城市的三維模型數(shù)據(jù)中，這樣設(shè)計(jì)師就可以從各個(gè)角度觀看這座橋建造好后的狀態(tài)，包括站在橋梁上觀看周圍的場(chǎng)景。

4.5 全息虛擬旅游方面的應(yīng)用

旅游勝地視覺(jué)化游覽，有了視覺(jué)游覽技術(shù)，任何人都有機(jī)會(huì)不受時(shí)空限制去游覽感興趣的目的地和場(chǎng)所。我們可以運(yùn)用SolidScan技術(shù)，真實(shí)還原世界眾多著名景點(diǎn)、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(yīng)用

在全息虛擬系統(tǒng)中加載實(shí)景三維數(shù)據(jù)，可查看教學(xué)需要的各類植被、地形、地貌、地類等，很大程度上可代替外業(yè)練習(xí)，野外實(shí)習(xí)，提高教學(xué)安全性，并可制作加載課件，增加教學(xué)互動(dòng)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.7 產(chǎn)品展示方面的應(yīng)用

產(chǎn)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(jué)。因此，如房地產(chǎn)等行業(yè)大量使用三維模型進(jìn)行宣傳工作，可以增強(qiáng)產(chǎn)品的豐富生動(dòng)感。此外，加入動(dòng)態(tài)模擬的內(nèi)容可以讓用戶與產(chǎn)品產(chǎn)生交互體驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以全息虛擬系統(tǒng)為研究對(duì)象，講述了全息虛擬系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及高速加載海量數(shù)據(jù)的特征，能很大程度上解決傳統(tǒng)存儲(chǔ)、瀏覽海量三維數(shù)據(jù)對(duì)硬件要求極高以及卡頓的痛點(diǎn)，并從數(shù)字城市、企業(yè)展廳、文物保護(hù)、城市規(guī)劃、全息虛擬旅游、全息教育及培訓(xùn)和產(chǎn)品展示等方面講述了海量實(shí)景三維數(shù)據(jù)在全息虛擬系統(tǒng)中的應(yīng)用，為拓展系統(tǒng)的應(yīng)用前景提供參考。