海量实景三维数据在全息虚拟系统中的展现及应用

【摘 要】随着实景三维数据获取方式的多样化及应用的普遍性，生成的海量数据的处理、存储及流畅浏览应用成为实景三维数据能否得到广泛应用的关键。论文介绍的全息虚拟系统可将海量三维模型数据无损压缩，秒级加载，实现超大场景的数据管理和快速表達，并逼真的呈现，具广阔的应用前景。

【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.

【关键词】海量实景三维数据；全息虚拟系统；应用研究

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

【中图分类号】P208 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）11-0140-02

1 引言

随着采集数据的技术的不断进步，以及针对空间信息化作战要求的不断提升，要实现超大场景的数据管理和快速表达等不同地物信息化程度越来越高，对于超大场景的信息化管理要求也越来越高[1]。面对现代化的管理要求，不仅需要保证单位装备硬件上的性能卓越，更需要应对信息化集约管理要求，实现高效快速还原、低信息损失的快速管理。基于此，本文以全息虚拟系统为研究对象，讲述了全息虚拟系统的优点和全息虚拟系统海量数据格式转换特征，简要分析了海量实景三维数据在全息虚拟系统中的应用领域。

2 全息虚拟系统的优点

全息虚拟系统是应用三维数据获取技术、海量三维数据快速加载技术以及全息虚拟现实技术等多种技术融合，通过全三维，全方位，全图像、全视觉解析模式，实现高效的外业三维空间数据采集以及数据成果立体展示和虚拟仿真应用。其特点主要有以下几点：

①不依赖显示设备硬件，可以高速加载城市级别实景三维模型数据。

②同时配备双通道三维动捕与视觉互动运算系统，使之成为多用户多人全息互动系统。可以在同一个全息桌面上同时提供两套可被使用者自主控制的主视野，以及与之相配合的两套主控互动控制器，满足两组用户实时对同一场景的互动控制，实现多人对同一方案的浏览互动研讨。

③udWeb的数据模型可存放在云存储服务器上或服务器内网，无须提前将模型整体下载到本地即可浏览。

④用户使用受限制较弱，可以通过浏览器或者手机APP等功能，实现随时随地在线浏览大规模三维模型、点云模型。

⑤实现了在线数据漫游，用户可以借助图形化的按钮或者鼠标键盘的方式在超大规模三维模型中漫游，也可以通过鼠标的操作进行距离的量算[1-2]。

3 全息虚拟系统海量数据格式转换特征

①对多种类型来源的三维数据进行自动化数据优化转换与多任务管理，得到其对应的高速流式点云格式的模型，可实现对于海量三维数据的高速可视化、中央存储与在线协作共享功能。支持的数据来源包括：三维激光点云数据；摄影测量三维图像数据；人工三维建模；其他类型的三维数据等。

②可选择在流式数据转换时对数据进行无损压缩，压缩后的数据体积最高可被压缩至原体积的20%～5%，从而从数据压缩比的角度来提升对于在线共享速率的支撑。

③在转换前可设定的参数包括：a流式数据模式，uds常规模式，udg大规模数据模式（多用于地域面积极大的信息，比如城市及以上规模，以提升数据三维可视化管理协作的效率）b转换的精度设置，最高支持0.01mm的转换精度；c转换的点的数量的设定，可用于大批量正式转换之前的转换采样测试；d原始点云之中包含的分类属性信息的继承与否的选项；e投影坐标系信息，可实现对投影坐标系的展示与隐藏，以及投影坐标系的转换；f色彩位元及反射率/强度值范围设定，以及色彩的伽马校正选项；g版权信息设定；h数据源的地理信息的尺寸单位设置；i对于源文件为人工三维建模的数据在转换前可进行光效贴图的导入，以及色彩反转的选项[2]。

④转换目标文件夹设置和转换任务的记录与管理。

4 海量实景三维数据在全息虚拟系统中的应用

4.1 数字城市建设方面的应用

驱动智慧城市发展，以车载、船载、无人机、航拍的方式进行城市建筑体三维扫描及拍摄，重点建筑物精细扫描为点云数据或倾斜模型数据，以进行数字化城市、模型联动等功能，制作成三维城市模型（图1）等图件。

4.2 城市展厅/企业展厅建设方面的应用

该系统加载实景三维数据后，用户可以通过多角度的视域进行查看城市三维面貌或工业园区的未来规划图等。此外，全息系统可以根据自身需求进行自由缩放、移动，再编辑图形等，广泛地应用于介绍城市整体状况、招商园区的介绍、大型企业的动态观测、房地产项目的三维展览等，还可以应用于城市整体布局与规划设计等方面。

4.3 文物保护方面的应用

历史文物与古迹数字化存档，数字化博物馆已经成为很多博物馆的战略选择。通过全息扫描，以及高清化处理，博物馆的全部展品可以不受时空限制地对大众展出，对展品安保，展览空间的节约，观看的便利性等提供了极大的价值。

4.4 城市规划方面的应用

城市规划部门可将设计好的建筑模型植入到拍摄好的3D图形文件中，任意拖动位置来进行摆放设计，观察、体验建成效果。例如在城市中设计一座桥梁，我们可以将这座桥梁的设计图直接导入到城市的三维模型数据中，这样设计师就可以从各个角度观看这座桥建造好后的状态，包括站在桥梁上观看周围的场景。

4.5 全息虚拟旅游方面的应用

旅游胜地视觉化游览，有了视觉游览技术，任何人都有机会不受时空限制去游览感兴趣的目的地和场所。我们可以运用SolidScan技术，真实还原世界众多著名景点、建筑、文物古迹等，让世界各地的“全息旅行者”可以游覽和欣赏到这些景观和物品。

4.6 全息虚拟教育方面的应用

在全息虚拟系统中加载实景三维数据，可查看教学需要的各类植被、地形、地貌、地类等，很大程度上可代替外业练习，野外实习，提高教学安全性，并可制作加载课件，增加教学互动，提升学生的学习兴趣。

4.7 产品展示方面的应用

产品的展示以三维模型效果最佳，给阅读者以身临其境的感觉。因此，如房地产等行业大量使用三维模型进行宣传工作，可以增强产品的丰富生动感。此外，加入动态模拟的内容可以让用户与产品产生交互体验。

5 结语

本文以全息虚拟系统为研究对象，讲述了全息虚拟系统海量数据格式转换及高速加载海量数据的特征，能很大程度上解决传统存储、浏览海量三维数据对硬件要求极高以及卡顿的痛点，并从数字城市、企业展厅、文物保护、城市规划、全息虚拟旅游、全息教育及培训和产品展示等方面讲述了海量实景三维数据在全息虚拟系统中的应用，为拓展系统的应用前景提供参考。

【参考文献】

【1】朱竹青. 基于GPU的数字全息虚拟系统实时探测三维物体动态变化的实验研究[A].中国光学学会2010年光学大会论文集[C].中国光学学会，2010.

【2】向根祥. 数字全息的信息量及其三维轮廓生成理论研究[D].成都：电子科技大学，2005.

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