基于ArcGIS的三維激光點(diǎn)云渲染方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于ArcGIS對三維激光點(diǎn)云進(jìn)行渲染的方法，處理步驟為：(1)基于ArcGIS利用ArcObjects進(jìn)行二次開發(fā)，擴(kuò)展自定義圖層，來管理點(diǎn)云數(shù)據(jù)；(2)創(chuàng)建點(diǎn)云自定義圖層時，加載點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)和其渲染顏色建立索引，通過點(diǎn)云的數(shù)據(jù)范圍設(shè)置圖層的數(shù)據(jù)范圍；(3)設(shè)置自定義點(diǎn)云圖層的渲染方式；(4)繪制圖層時，根據(jù)點(diǎn)云的渲染方式，對點(diǎn)云進(jìn)行著色。本發(fā)明技術(shù)可以在ArcGIS中擴(kuò)展自定義圖層對三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，在ArcMap地圖中瀏覽點(diǎn)云，同時根據(jù)高程、循環(huán)色帶、RGB及強(qiáng)度對點(diǎn)云進(jìn)行渲染繪制，并可加入透明度信息，從而有效提高點(diǎn)云的識別度，輔助數(shù)字測圖。
【專利說明】基于ArcGIS的三維激光點(diǎn)云渲染方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文發(fā)明涉及到一種基于ArcGIS對三維激光點(diǎn)云進(jìn)行渲染的方法，屬于地理信息領(lǐng)域和三維激光【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的測繪數(shù)據(jù)都是進(jìn)行單點(diǎn)采集的，隨著三維激光掃描儀應(yīng)用到測繪行業(yè)中，其為數(shù)字測圖提供了一種高時空分辨率并且連續(xù)的高精度數(shù)據(jù)源。ArcGIS是專業(yè)的數(shù)字測圖軟件，如果能擴(kuò)展ArcGIS的數(shù)據(jù)圖層來管理三維激光點(diǎn)云，并把該圖層作為數(shù)字測圖底圖，在ArcGIS中利用三維激光點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)字測圖，可以有效地提高數(shù)字測圖效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是在ArcGIS中擴(kuò)展自定義圖層，來管理三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在ArcMap地圖中瀏覽點(diǎn)云，可根據(jù)高程、循環(huán)色帶、RGB及強(qiáng)度對點(diǎn)云進(jìn)行渲染繪制，在點(diǎn)云渲染過程中可加入透明度信息，提高點(diǎn)云的識別度，輔助數(shù)字測圖。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，首先使用車載(或者背包)三維激光測量系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，車載(或者背包)三維激光測量系統(tǒng)一般包括慣性導(dǎo)航頂U(kuò)、GPS、三維激光掃描儀、全景相機(jī)、等，采集數(shù)據(jù)包括POS軌跡線、三維激光點(diǎn)云、全景影像及其位置姿態(tài)。在車輛(或者測量員)采集數(shù)據(jù)過程中，三維激光掃描儀用于獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，GPS與慣性導(dǎo)航IMU構(gòu)成的POS系統(tǒng)用于獲取位置姿態(tài)信息、全景相機(jī)用于采集全景影像，掃描儀和全景相機(jī)相對于POS系統(tǒng)的位置和姿態(tài)是出廠時檢校好的固定參數(shù)。
[0005]處理步驟:
[0006]步驟1、基于ArcGIS利用ArcObjects進(jìn)行二次開發(fā),擴(kuò)展自定義圖層,來管理點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0007]步驟2、創(chuàng)建點(diǎn)云自定義圖層時，加載點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)和其渲染顏色建立索引，通過點(diǎn)云的數(shù)據(jù)范圍設(shè)置圖層的數(shù)據(jù)范圍；
[0008]步驟3、設(shè)置自定義點(diǎn)云圖層的渲染方式；
[0009]步驟4、繪制圖層時，根據(jù)點(diǎn)云的渲染方式，對點(diǎn)云進(jìn)行著色。
[0010]4.1構(gòu)造一個漸變色帶條，用以點(diǎn)云渲染時取色；
[0011]4.2統(tǒng)計出點(diǎn)云平穩(wěn)高程最小值和平穩(wěn)高程最大值，統(tǒng)計出點(diǎn)云平穩(wěn)強(qiáng)度最小值和平穩(wěn)強(qiáng)度最大值；
[0012]4.3按高程和按循環(huán)色帶渲染，根據(jù)高程信息來取顏色條中的色彩；按強(qiáng)度信息渲染通過強(qiáng)度信息獲取顏色的透明度，RGB顏色分量信息通過透明度設(shè)置；
[0013]4.4按RGB渲染時直接根據(jù)點(diǎn)云RGB信息進(jìn)行渲染；
[0014]4.5按高程和按循環(huán)色帶渲染時，可以把透明度加入到RGB顏色分量中進(jìn)行渲染。
[0015]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、數(shù)據(jù)來源為車載(或者背包式)移動測量系統(tǒng)所采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，全天侯工作提供不間斷數(shù)據(jù)，可以快速進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。
[0017]2、可以在ArcMap完成海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)渲染，提高點(diǎn)云捕捉時的測圖精度。
[0018]3、在ArcMap中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的渲染，提供不同的點(diǎn)云渲染方式，用于提高點(diǎn)云的可識別性，利于用戶測圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明基于ArcGIS的三維激光點(diǎn)云渲染方法操作流程圖。
[0020]圖2三維激光點(diǎn)云在ArcMap中按高程渲染效果圖。
[0021]圖3三維激光點(diǎn)云在ArcMap中按循環(huán)色帶渲染效果圖。
[0022]圖4三維激光點(diǎn)云在ArcMap中按強(qiáng)度渲染效果圖。
[0023]圖5三維激光點(diǎn)云在ArcMap中按RGB渲染效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]點(diǎn)云數(shù)據(jù):按掃描順序以圈存儲，文件頭包含數(shù)據(jù)基本信息和圈索引數(shù)據(jù)。
[0025]步驟1:擴(kuò)展ArcGIS自定義圖層，用于管理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，每一個點(diǎn)云圖層關(guān)聯(lián)一個點(diǎn)云對象。在ArcMap中加載點(diǎn)云數(shù)據(jù)時,倉Il建點(diǎn)云圖層；
[0026]步驟2:構(gòu)造一個顏色帶條Color Ramp,分10個漸變色帶,可以獲取特定顏色帶一定比例的顏色值；
[0027]步驟3:遍歷點(diǎn)云所有點(diǎn)，取得點(diǎn)云Z坐標(biāo)的最大值MaxZ和最小值MinZ。為了使點(diǎn)云按高程和循環(huán)色帶渲染時顏色保持平穩(wěn)，統(tǒng)計高程時需要剔除一些高程特別大或特別小的點(diǎn)。具體流程是把點(diǎn)云高程統(tǒng)計分布范圍映射到[0，999]區(qū)間，然后設(shè)定一個點(diǎn)云點(diǎn)數(shù)的百分比閾值f，對分布在[0，999]區(qū)間的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累加統(tǒng)計，以f為閾值對高程小的和高程大的點(diǎn)進(jìn)行過濾，最后統(tǒng)計出新的點(diǎn)云高程平穩(wěn)最大值MaxHZ和平穩(wěn)最小值MinHZ;
[0028]步驟4:遍歷點(diǎn)云所有點(diǎn)，取得點(diǎn)云強(qiáng)度的最大值MaxI和最小值Mini。為了使點(diǎn)云按強(qiáng)度渲染時顏色保持平穩(wěn)，統(tǒng)計強(qiáng)度時需要剔除一些強(qiáng)度特別大或特別小的點(diǎn)。具體流程是把點(diǎn)云強(qiáng)度統(tǒng)計分布范圍映射到[0，999]區(qū)間，然后設(shè)定一個點(diǎn)云點(diǎn)數(shù)的百分比閾值f，對分布在[0，999]區(qū)間的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累加統(tǒng)計，以f為閾值對強(qiáng)度低點(diǎn)和高點(diǎn)進(jìn)行過濾，最后統(tǒng)計出新的點(diǎn)云強(qiáng)度平穩(wěn)最大值MaxHI和平穩(wěn)最小值MinHI ；
[0029]步驟5:點(diǎn)云按高程渲染時，遍歷需要渲染的點(diǎn)，利用點(diǎn)的Z坐標(biāo)和MinHZ的差值，求取該點(diǎn)在色帶條的色帶及在該色帶上的顏色比例值，進(jìn)而取出顏色；
[0030]步驟6:點(diǎn)云按循環(huán)色帶渲染時，首先設(shè)置循環(huán)步長S，遍歷需要渲染的點(diǎn)，點(diǎn)Z坐標(biāo)減去MinHZ得到D，D對循環(huán)步長S求模得到M，D對S求余得到L，為保證循環(huán)渲染時色彩的對稱性，對M為奇數(shù)的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，S減去M得到相對循環(huán)距離DD，然后根據(jù)DD求出在色帶條中的顏色帶及該色帶的比例值，進(jìn)而取出顏色；
[0031]步驟7:點(diǎn)云按強(qiáng)度渲染時，遍歷需要渲染的點(diǎn)，利用點(diǎn)的強(qiáng)度值和MinHI的差值，求取點(diǎn)的透明度L，然后確保渲染時色彩不至于太暗或太亮，使L在區(qū)間[0.1，0.95]中，最后根據(jù)L求取RGB顏色分量；
[0032]步驟8:點(diǎn)云按RGB渲染時，直接讀取點(diǎn)云自身的顏色；
[0033]步驟9 ;由于用⑶I繪制點(diǎn)時，無法傳入透明度信息，在按高程渲染和循環(huán)色帶渲染時，可以先把從色帶條獲取的RGB顏色信息轉(zhuǎn)為HSV格式的顏色信息，然后把透明度信息加入到HSV信息中，再把HSV轉(zhuǎn)為RGB ；
[0034]步驟10:在ILayer的Draw接口中用⑶I繪制點(diǎn)云。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ArcGIS對三維激光點(diǎn)云進(jìn)行渲染的方法，首先，使用車載(或者背包)三維激光測量系統(tǒng)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，車載(背包)三維激光移動測量系統(tǒng)集成部件包括三維激光掃描儀、GPS導(dǎo)航儀、慣性制導(dǎo)系統(tǒng)和全景相機(jī)，采集數(shù)據(jù)過程在車輛(或者作業(yè)人員)行進(jìn)中進(jìn)行，三維激光掃描儀用于獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，GPS導(dǎo)航儀與慣性制導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成的POS系統(tǒng)用于獲取姿態(tài)位置信息；點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照圈索引進(jìn)行組織，以獲取每一圈掃描圈的三維坐標(biāo)點(diǎn)集；然后按如下步驟操作: 步驟1、擴(kuò)展ArcGIS自定義圖層，用于管理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，每一個點(diǎn)云圖層關(guān)聯(lián)一個點(diǎn)云對象。在ArcMap中加載點(diǎn)云數(shù)據(jù)時,倉Il建點(diǎn)云圖層； 步驟2、構(gòu)造一個顏色帶條Color Ramp,分10個漸變色帶,可以獲取特定顏色帶一定比例的顏色值； 步驟3、遍歷點(diǎn)云所有點(diǎn)，統(tǒng)計出點(diǎn)云高程平穩(wěn)最大值MaxHZ和平穩(wěn)最小值MinHZ ；步驟4、遍歷點(diǎn)云所有點(diǎn)，統(tǒng) 計出點(diǎn)云強(qiáng)度平穩(wěn)最大值MaxHI和平穩(wěn)最小值MinHI ；步驟5、點(diǎn)云按高程渲染時，遍歷需要渲染的點(diǎn)，利用點(diǎn)的Z坐標(biāo)和MinHZ的差值，求取改點(diǎn)在色帶條的色帶及在該色帶上的顏色比例值，進(jìn)而取出顏色； 步驟6、點(diǎn)云按循環(huán)色帶渲染時，根據(jù)循環(huán)步長及點(diǎn)的Z值和點(diǎn)云平穩(wěn)最大值MaxHZ的差值，求出在色帶條中的顏色帶及該色帶的比例值，進(jìn)而取出顏色； 步驟7、點(diǎn)云按強(qiáng)度渲染時，遍歷需要渲染的點(diǎn)，利用點(diǎn)的強(qiáng)度值和MinHI的差值，求取點(diǎn)的透明度L，然后確保渲染時不至于色彩不至于太暗或太亮，使L在區(qū)間[0.1，0.95]中，最后根據(jù)L求取RGB顏色分量； 步驟8、點(diǎn)云按RGB渲染時，直接讀取點(diǎn)云自身的顏色； 步驟9、在按高程渲染和循環(huán)色帶渲染時，可以加入透明度信息； 步驟10在ILayer的Draw接口中用⑶I繪制點(diǎn)云。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ArcGIS對三維激光點(diǎn)云進(jìn)行渲染的方法,其特征在于:步驟3中所述的遍歷點(diǎn)云所有點(diǎn)，取得點(diǎn)云Z坐標(biāo)的最大值MaxZ和最小值MinZ。為了使點(diǎn)云按高程和循環(huán)色帶渲染時顏色保持平穩(wěn)，統(tǒng)計高程時需要剔除一些高程特別大或特別小的點(diǎn)。具體流程是把點(diǎn)云高程統(tǒng)計分布范圍映射到[0，999]區(qū)間，然后設(shè)定一個點(diǎn)云點(diǎn)數(shù)的百分比閾值f，對分布在[0，999]區(qū)間的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累加統(tǒng)計，以f為閾值對高程小的和高程大的點(diǎn)進(jìn)行過濾，最后統(tǒng)計出新的點(diǎn)云高程平穩(wěn)最大值MaxHZ和平穩(wěn)最小值MinHZ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ArcGIS對三維激光點(diǎn)云進(jìn)行渲染的方法,其特征在于:步驟4中所述的遍歷點(diǎn)云所有點(diǎn)，取得點(diǎn)云強(qiáng)度的最大值MaxI和最小值Mini。為了使點(diǎn)云按強(qiáng)度渲染時顏色保持平穩(wěn)，統(tǒng)計強(qiáng)度時需要剔除一些強(qiáng)度特別大或特別小的點(diǎn)。具體流程是把點(diǎn)云強(qiáng)度統(tǒng)計分布范圍映射到[0，999]區(qū)間，然后設(shè)定一個點(diǎn)云點(diǎn)數(shù)的百分比閾值f，對分布在[0，999]區(qū)間的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累加統(tǒng)計，以f為閾值對強(qiáng)度低點(diǎn)和高點(diǎn)進(jìn)行過濾，最后統(tǒng)計出新的點(diǎn)云強(qiáng)度平穩(wěn)最大值MaxHI和平穩(wěn)最小值MinHI。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ArcGIS對三維激光點(diǎn)云進(jìn)行渲染的方法,其特征在于:步驟6中所述的點(diǎn)云按循環(huán)色帶渲染時，首先設(shè)置循環(huán)步長S，遍歷需要渲染的點(diǎn)，點(diǎn)Z坐標(biāo)減去MinHZ得到D，D對循環(huán)步長S求模得到M，D對S求余得到L，為保證循環(huán)渲染時色彩的對稱性對M為奇數(shù)的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，S減去M得到相對循環(huán)距離DD，然后根據(jù)DD求出在色帶條中的顏色帶及該色帶的比例值，進(jìn)而取出顏色。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ArcGIS對三維激光點(diǎn)云進(jìn)行渲染的方法,其特征在于:步驟9中所述的由于用GDI繪制點(diǎn)時，無法傳入透明度信息，在按高程渲染和循環(huán)色帶渲染時，可以先把從色帶條獲取的RGB顏色信息轉(zhuǎn)為HSV格式的顏色信息，然后把透明度信息加入到HSV信息中，再把HSV轉(zhuǎn)為 RGB。
【文檔編號】G06T19/20GK103955966SQ201410196840
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】蔡紅云, 余建偉, 龔書林, 楊晶, 劉守軍 申請人:武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司