EDL渲染在點云測圖中的應用

（中煤航測遙感集團有限公司技術發展研究院，陜西西安 710199）

激光雷達（Light Detection and Ranging LiDAR）能夠快速地獲取高精度、大密度的三維點數據[1]。移動激光雷達系統有車載、機載、船載人工背負等多種工作平臺。使用移動激光雷達系統進行測量，可有效解決傳統作業方式效率低，受地形環境等因素限制較大的情況[2]。隨著科技的進步，快速獲取高精度點云地形數據促使裸眼3D測圖的提出。

目前市場上常用的裸眼3D測圖方式有：基于三維模型的裸眼3D測圖、基于高精度點云的裸眼3D測圖以及基于點云和三維模型疊加的裸眼3D測圖方式。三維模型測圖的優勢是：模型數據具有豐富的紋理信息，結合其三維地理坐標，即可采集出DLG矢量數據。但三維模型測圖最大的劣勢在于，高精度三維模型數據的獲取。三維模型數據需要航拍影像數據，外業實測控制點數據，經過空三加密以及密集匹配等一系列煩瑣的工藝操作才可以獲取，其精度依賴于空三的精度以及密集匹配的精度，在數據生成過程中任何一步精度不滿足，都可能導致最后的模型數據精度不滿足測圖要求。然而，三維模型測圖的劣勢，正是點云測圖的優勢。隨著激光LiDAR技術的發展，能夠快速地獲取高精度的滿足測圖要求的點云數據。相較于傳統測繪，直接采用點云測圖的數據采集模式具有明顯優勢。在點云數據滿足精度要求的情況下，不需要空三加密，不需要立體眼鏡、手輪腳盤，普通作用人員只需要一臺普通筆記本就可以進行高精度測圖。相對于傳統測繪方式，節省了80%以上的野外采集、調繪工作，縮短了成圖周期，大幅度降低了生產成本；相較于模型測圖，省去了空三加密和密集匹配以及控制點量測等一系列步驟，提高了生產效率。

然而點云測圖的劣勢在于直接獲取的點云數據缺少豐富的紋理信息。尤其是單純依靠高精度高密度的點云數據實現大比例尺全要素地物采集時，由于點云數據缺少紋理信息，很難進行全要素的地物區采集。在裸眼3D測圖中，有人采用點云數據和模型數據疊加的方式測圖。DLG采集矢量的精度由點云數據保證，采集的地物要素區分輔助模型數據。此方法要求同時獲取兩種測圖數據源，增加了生成成本。因此在點云測圖時，如何利用點云現有優勢，在點云渲染過程中增強地物的輪廓信息，增強點云數據的地物要素區分，提高點點云測圖的效率，是本文中的研究重點。

1 點云測圖

采用點云數據進行裸眼3D測圖的DLG生成流程如圖1所示。DLG采集、編輯、質檢和傳統測繪并無不同，最大的不同在于，DLG的采編是直接在渲染后的點云數據上實現的。因此點云數據的顯示是點云測圖的關鍵。

圖1 點云測圖數據生成流程圖

2 點云的顯示方式

點云數據包含豐富的信息特征，如XYZ坐標信息、類別、強度、回波次數等信息。在目前的點云測圖軟件中，常用的點云數據顯示方式有高程顯示、類別顯示、回波次數顯示、強度特征顯示等。任何一種顯示方式，都是根據具體的規則，計算每個點云的顏色信息。以點云按強度顯示為例：首先統計加載點云數據的最大、最小強度值，將點云最小、最大強度值分別對應灰度值0和255，在按灰度渲染加載的點云數據時，根據每一個點云的強度信息，線性對應一個灰度值，計算得到每個點的顏色信息。

在具體點云測圖過程中，多種顯示方式切換用于采集不同地物要素。

3 EDL渲染

EDL（Eye-Dome-Lighting）渲染技術[3]可以使用opengl實現，也可以使用OSG實現[4]。

EDL是一種不需要法線，沿著輪廓創建光照表面和框架的方法。EDL渲染的關鍵是：在點云渲染過程中，實時計算當前視口點云的深度紋理，在獲取正確的深度紋理后，結合當前點云顯示方式下點云的顏色紋理，采用頂點著色器、片元著色器以及渲染到紋理技術[5]，即可實現點云在當前顯示方式下的EDL渲染效果。開啟EDL渲染后，會在地物的輪廓部分形成陰影效果。EDL一般與可用的點云顯示方式配合使用，增強顯示點云地物的輪廓特征信息。

4 渲染結果對比

本文中使用的點云測圖軟件為西安煤航技術發展研究院自主開發的點云測圖軟件MapCube。本文的實驗數據選取的是城區的點云。選擇了點云常用的高程顯示和類別顯示。圖2（a）、圖3（a）均表示沒有EDL渲染的點云顯示效果，由圖可見，除了房子、樹木，很多地物要素是很難區分出來的；圖2（b）、圖3（b）均表示開啟EDL渲染后的點云顯示效果，由圖可見，可識別的地物要素的種類明顯增多。在點云測圖過程中，有助于提高點云的測圖效率。

圖2 點云在高程模式下的EDL渲染前后對比圖

圖3 點云在類別模式下的EDL渲染前后對比圖

5 結語

裸眼3D測圖是測繪發展的必然產物。點云的優勢在于快速地獲取高精度的地形數據，缺點就是紋理信息的缺失。EDL渲染，增強了地物的輪廓信息，豐富了點云數據可見的地物類別，能夠提高點云測圖的效率。