三维建模方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种三维建模方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

一个单纯数据信息比如的经纬度坐标只有置于特定的环境中，代表为某个地点、标志、方位后，才会被用户认识和理解。同样的，对于用户来说，只有将一些物体的数据转化成三维可视化的模型之后，才能更容易对物体的相关结构进行了解与研究。

以城市建模为例，传统三维城市模型的构建主要依靠商业化的计算机辅助设计软件，采用大量人工交互建模的方式，由于城市建模中涉及到的物体过于繁多，因此该方式对于大尺度城市场景而言存在制作周期长、成本高、更新难度大、时效性差、对建模人员技术水平的依赖性强，需要大量人工操作建模等问题，已成为制约数字城市发展的重要瓶颈之一。

发明内容

本发明提供一种三维建模方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中三维建模难度大且需要大量人工操作的缺陷，实现简单高效的自动三维建模。

第一方面，本发明提供一种三维建模方法，包括：

获取目标物体的采集图像；

基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据；

基于所述目标物体的三维数据，获得所述目标物体的三维模型；

其中，所述目标物体的三维数据包括：

目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

可选地，所述获取目标物体的采集图像，包括：

从所有物体的采集图像中获取包含所述目标物体的目标采集图像；

所述目标物体的目标采集图像包括：所述目标物体的俯视图像，以及所述目标物体的平视图像。

可选地，所述基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据，包括：

基于所述目标物体的平视图像，获得所述目标物体的尺寸信息，以及以下至少一项：

所述目标物体的地理信息，所述目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息；

基于所述目标物体的俯视图像，获得所述目标物体的以下至少一项：

所述目标物体的地理信息，以及所述目标物体的外观信息。

可选地，所述基于所述目标物体的平视图像，获得所述目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息，包括：

基于目标信息模型，对所述平视图像进行图像识别，获得所述目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

可选地，其特征在于，所述方法还包括：

获取带标记的参考物体样本；

对所述带标记的参考物体样本进行训练，获得目标信息模型；

所述目标信息模型包括：

尺寸信息模型，外观信息模型，以及光照信息模型。

可选地，所述目标信息模型为所述尺寸信息模型时，所述带标记的参考物体样本为所述目标物体所在区域的参考物体，其中，所述参考物体的尺寸信息是已知的。

可选地，所述基于目标信息模型，对所述平视图像进行图像识别，获得所述目标物体的尺寸信息，包括：

基于目标信息模型，对所述平视图像进行图像识别，获得目标物体和参考物体之间的尺寸比例；

基于所述尺寸比例和所述参考物体的尺寸信息，获得所述目标物体的尺寸信息。

第二方面，本发明提供一种三维建模装置，包括：

图像获取模块，用于获取目标物体的采集图像；

数据获取模块，用于基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据；

模型获取模块，用于基于所述目标物体的三维数据，获得所述目标物体的三维模型；

其中，所述目标物体的三维数据包括：

目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的三维建模方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的三维建模方法的步骤。

本发明提供的三维建模方法、装置、电子设备及存储介质，通过获取目标物体的采集图像，并基于采集图像获取目标物体的全面三维信息，基于三维信息进行建模，克服了现有技术中需要大量人工测量以及人工建模的缺陷，实现简单高效的自动三维建模。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的三维建模方法的流程示意图；

图2是本发明提供的数据可视化交互系统的实现示意图；

图3是本发明提供的三维建模装置的结构示意图；

图4是本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

地理信息系统(Geographic Information System或Geo－Information system，GIS)有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。位置与地理信息既是LBS的核心，也是LBS的基础。一个单纯的经纬度坐标只有置于特定的地理信息中，代表为某个地点、标志、方位后，才会被用户认识和理解。用户在通过相关技术获取到位置信息之后，还需要了解所处的地理环境，查询和分析环境信息，从而为用户活动提供信息支持与服务；现有技术中缺少GIS的数据可视化装置。

本发明的目的在于提供一种基于大数据技术和GIS技术的3D可视化三维模型创建方案，从而克服上述缺陷。

图1是本发明提供的三维建模方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤100，获取目标物体的采集图像；

步骤110，基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据；

步骤120，基于所述目标物体的三维数据，获得所述目标物体的三维模型；

其中，所述目标物体的三维数据包括：

目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

具体地，为了克服传统的三维城市建模无法兼顾微观领域中建筑内部设计、实现和宏观地理环境中地理数据处理、分析能力，本发明提出一种基于BIM和GIS的三维城市建模方法，可以首选获取目标物体的采集图像，且采集图像用于提供目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息，以帮助丰富建模数据。

地理信息系统(GIS，Geographic Information System)结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”(GeographicInformation Science)，近年来，也有称GIS为"地理信息服务"(Geographic Informationservice)。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理(简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析)。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作(例如查询和统计分析等)集成在一起。

因此，本发明在获得目标物体的采集图像后，可以获得目标物体的三维数据；以实现基于目标物体的三维数据，获得目标物体的三维模型。

可以理解的是，本发明中的三维数据可以是GIS数据，通过GIS技术进行建模。

可以理解的是，本发明可以是对某一个目标物体的三维建模，也可以是包括至少一个物体的空间进行建模，对于包括至少一个物体的空间来说，可以首先对其中每个物体进行建模，并基于地理位置信息对其中包括的所有物体进行集合，获得该空间最终的三维模型。

可以理解的是，包括至少一个物体的空间可以是一座城市，或者是一片区域，或者是一个或多个建筑，或者是一个或多个房间，或者是任一个或多个空间，本实施例对此不作限定。

以建模对象是城市为例，对采集、处理及建模过程进行介绍：

步骤一：数据测量

将摄像头，红外扫描感应器和激光雷达安装于多组无人机上，利用多组无人机在城市上空进行扫描，采集GIS数据，包括人工建筑及自然地理位置等实体对象及空间参数信息，记录并拍摄城市建筑外型尺寸，外部颜色纹理，以及障碍物阻；然后在城市中投入多组装有摄像头和激光扫描仪的无人驾驶车，利用无人驾驶车在城市道路行进来测量路径，拍摄路况，并拍摄建筑物的高度、外观尺寸以及内部空间；

步骤二：数据处理；

构建局域网对步骤一中无人机航测的GIS数据进行分析、分类、加密并记录保存，并额外制成一张dwg格式的地形图和一张建筑要素平面图，在地形图中标出等高线与高程点，在平面图中标出地理坐标，并记录相应的点云和航片数据；然后将无人驾驶车拍摄的数据输出为具体的图文影像，并记录测量建筑的具体高度、尺寸，路径的长度等相应数据；

步骤三：建立BIM模型

根据步骤二中额外制成的地形图和建筑要素平面图，结合无人驾驶车拍摄的图文影像，即采集图像，先利用CAD制成2D平面图，图中以点、线、面的概念为主，然后可以借助ArcGIS和Revit软件将2D平面图中的参数进行拉伸立体化，构建3D可视化模型，再将步骤二中无人驾驶车测量的建筑具体高度、尺寸、路径长度等相应数据根据比例缩小后输入进3D可视化模型中，使建筑中所有构件都富含建筑信息及属性，再根据实际情况对属性进行更改，来调节各建筑构件的尺寸、颜色、样式等，构建BIM建筑信息模型；

可以理解的是，以上以城市为例的步骤并不作为对本发明的限制，任何可以实现步骤100至步骤120的方案均适用于本发明。

本发明提供的三维建模方法，通过获取目标物体的采集图像，并基于采集图像获取目标物体的全面三维信息，基于三维信息进行建模，克服了现有技术中需要大量人工测量以及人工建模的缺陷，实现简单高效的自动三维建模。

可选地，所述获取目标物体的采集图像，包括：

从所有物体的采集图像中获取包含所述目标物体的目标采集图像；

所述目标物体的目标采集图像包括：所述目标物体的俯视图像，以及所述目标物体的平视图像。

本发明提出一种基于GIS的数据可视化三维模型创建交互系统，本发明中，通过将同一地点的地理坐标信息与属性信息发送至不同的GIS数据库中保存；使用时用户端可以同时与多个GIS数据库进行通讯连接，同时创建基于GIS服务的三维模型功能。

具体地，可以首先对所有采集的图像进行一系列预处理，比如去除冗余等操作，然后进行分类。

图2是本发明提供的数据可视化交互系统的实现示意图，如图2所示，以GIS的数据可视化交互系统实现为例，GIS的数据可视化交互系统，可以包括GIS数据采集模块、GIS数据处理模块、GIS数据库服务器、通讯服务器、数据处理器、数据输入模块、交互控制模块和显示模块；具体可以通过GIS数据采集模块采集GIS原始数据；GIS数据采集模块与GIS数据处理模块通讯连接，可以将所采集到的原始信息即原始图像发送至GIS数据处理模块中，然后通过GIS数据处理模块中的数据分类模块对GIS原始数据进行分类，然后可以通过GIS数据处理模块中的无效数据处理模块对分类后的GIS原始数据进行处理，去除无效或者重复数据；

其中，可以设置多个GIS数据库服务器，可以分别编号A1、A2……An；GIS数据处理模块中的数据发送模块与每一个GIS数据库服务器均为通讯连接，可以将处理好的数据信息按分类发送至不同的GIS数据库服务器中保存；可以理解的是，可以基于初始的数据信息，分为建筑类、道路类、山川类、水域类、植被类等等；类别，其中水域类又可以分为河流、湖泊、污染水源等等，植被可以分为森林、树林、城市绿化等等，本实施例对此不作限定。可以理解的是，还可以基于相关模块比如数据输入模块或人工交互模块获取已有分类的数据，并基于已有分类的数据进行分类，本实施例对此不作限定。通讯服务器与每一个GIS数据库服务器均为通讯连接，可以获取GIS数据库服务器中保存的数据信息，然后将获取的数据信息发送至数据处理器中进行数据处理。

可以理解的是，在预处理中的数据信息可以均为采集图像；也可以一部分是采集图像，一部分是已知数据或已知信息，比如设计数据。

可选的，本发明可以基于采集信息和已知信息的组合进行建模，因此还可以通过数据输入模块获取用户输入的已知数据；

可选的，本发明可以对建模数据进行修正，因此可以通过用户交互模块接收用户对一些数据的修改，然后再进行建模；

可以理解的是，数据库中保存的可以是在一段时间内采集的所有图像，比如可以是一小时内对一个城市或其它空间采集的所有图像，也可以是一个采集周期内对一个城市或其它空间采集的所有图像，还可以是对一个城市或空间采集的所有图像，因此可以从中获取当前建模的目标物体对应的采集图像。

具体地，为了克服传统的三维城市建模通过目估或人工量测获取建筑物高后进行建模导致的地物高程信息缺乏、建筑物模型高程精度差、屋顶精细度差等问题，在无人机空中采集目标采集图像的基础上，还可以通过对目标物体进行平视，特别地，还可以采集平视方向上目标物体的整体图像，以帮助完善高度等信息。因此目标采集图像可以包括目标物体的俯视图像，以及所述目标物体的平视图像。

可选地，所述基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据，包括：

基于所述目标物体的平视图像，获得所述目标物体的尺寸信息，以及以下至少一项：

所述目标物体的地理信息，所述目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息；

基于所述目标物体的俯视图像，获得所述目标物体的以下至少一项：

所述目标物体的地理信息，以及所述目标物体的外观信息。

具体地，基于所述目标物体的平视图像，可以获得所述目标物体的尺寸信息，比如高度信息等尺寸信息；

具体地，基于所述目标物体的平视图像，还可以获得但不限于以下任一项或其组合：

所述目标物体的地理信息；

所述目标物体的外观信息；

所述目标物体的采集图像中的光照信息中的任一项。

具体地，基于所述目标物体的俯视图像，可以获得但不限于以下任一项或其组合：

所述目标物体的地理信息，以及所述目标物体的外观信息。

其中，目标物体的地理信息可以是经纬度信息，也可以是空间信息比如坐标信息，还可以是相对位置信息，比如与其他物体的相对位置的信息，只要是可以唯一确定目标物体在三维模型中的位置的信息均可以是本发明中的地理信息，本发明对此不作限定。

其中，外观信息可以是目标物体的颜色，形状，以及零部件(比如窗户、门、柱子、屋顶等)的外观及位置，本发明对此不作限定。

可选地，所述基于所述目标物体的平视图像，获得所述目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息，包括：

基于目标信息模型，对所述平视图像进行图像识别，获得所述目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

具体地，基于所述目标物体的平视图像，获得所述目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息是，可以是分别获得的。

比如，获得所述目标物体的尺寸信息的可以是尺寸信息模型，获得目标物体的外观信息的可以是外观信息模型，获得所述目标物体的采集图像中的光照信息的可以是光照信息模型；

可以理解的是，获得所述目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息的，还可以是一个综合信息模型，该综合信息模型可以是集成尺寸信息模型，外观信息模型及光照信息模型的模型，还可以是集成了尺寸信息模型，外观信息模型及光照信息模型的功能的模型。

可以理解的是，目标信息模型可以是基于大量带标签样本进行通过机器学习获得的。

可选地，其特征在于，所述方法还包括：

获取带标记的参考物体样本；

对所述带标记的参考物体样本进行训练，获得目标信息模型；

所述目标信息模型包括：

尺寸信息模型，外观信息模型，以及光照信息模型。

具体地，可以对大量带标签样本进行训练，获得目标信息模型。

以光照信息模型为例，可以首先获得大量不同光照条件下的图像，其中光照条件可以分等级提前预设，然后通过明暗等级进行标记，也可以通过时间轴进行标记，本实施例对此不作限定。

然后对大量不同光照条件下的图像进行机器学习，获得光照信息模型，光照信息模型的输入可以是目标物体的图像，输出可以是明暗等级或者是时间轴对应的关照信息。

可以理解的是，尺寸信息模型以及，外观信息模型可以通过同样的方式获得。

可选地，所述目标信息模型为所述尺寸信息模型时，所述带标记的参考物体样本为所述目标物体所在区域的参考物体，其中，所述参考物体的尺寸信息是已知的；

具体地，可以通过尺寸信息模型时获得目标物体的尺寸信息，因此获得尺寸信息模型时，采用的带标记的参考物体样本可以是所述目标物体所在区域的参考物体，可以标记样本的高度进行训练，进而可以获得与参考物体在同一图像中，或者有共同参照物的目标物体的图像作为模型的输入，进而获得目标物体的尺寸。

具体地，由于目标物体的图像采集时的多方位与多角度采集，可以保证目标物体与参考物体在同一图像中，或者有共同参照物。

可选地，所述基于目标信息模型，对所述平视图像进行图像识别，获得所述目标物体的尺寸信息，包括：

基于目标信息模型，对所述平视图像进行图像识别，获得目标物体和参考物体之间的尺寸比例；

基于所述尺寸比例和所述参考物体的尺寸信息，获得所述目标物体的尺寸信息。

具体地，本发明在获得目标物体的尺寸时，可以基于目标物体与已知尺寸的参考物体之间的尺寸比例确定。

比如建筑A和路灯B，路灯B可以是政府统一建设的路灯，可以直接获得其设计高度，由于路灯高度容易测量，也可以直接测量，并基于路灯的高度，确定路灯B在采集图像中与建筑A的高度比例，进而容易获得建筑A的高度。

本发明提供的三维建模方法，通过获取目标物体的采集图像，并基于采集图像获取目标物体的全面三维信息，基于三维信息进行建模，克服了现有技术中需要大量人工测量以及人工建模的缺陷，实现简单高效的自动三维建模。

下面对本发明提供的三维建模装置进行描述，下文描述的三维建模装置与上文描述的三维建模方法可相互对应参照。

图3是本发明提供的三维建模装置的结构示意图，如图3所示，所示装置包括：图像获取模块310，数据获取模块320以及模型获取模块330；其中：

图像获取模块310用于获取目标物体的采集图像；

数据获取模块320，用于基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据；

模型获取模块330，用于基于所述目标物体的三维数据，获得所述目标物体的三维模型；

其中，所述目标物体的三维数据包括：

目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

具体地，三维建模装置可以通过图像获取模块310获取目标物体的采集图像；然后基于所述目标物体的采集图像，通过数据获取模块320获得所述目标物体的三维数据，即目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息；最后基于所述目标物体的三维数据，通过模型获取模块330获得所述目标物体的三维模型。

在此需要说明的是，本申请实施例提供的上述装置，能够实现上述三维建模方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

本发明提供的三维建模装置，通过获取目标物体的采集图像，并基于采集图像获取目标物体的全面三维信息，基于三维信息进行建模，克服了现有技术中需要大量人工测量以及人工建模的缺陷，实现简单高效的自动三维建模。

图4是本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)4图0和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行三维建模方法，该方法包括：

获取目标物体的采集图像；

基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据；

基于所述目标物体的三维数据，获得所述目标物体的三维模型；

其中，所述目标物体的三维数据包括：

目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的三维建模方法，该方法包括：

获取目标物体的采集图像；

基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据；

基于所述目标物体的三维数据，获得所述目标物体的三维模型；

其中，所述目标物体的三维数据包括：

目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

可选地，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的三维建模方法，该方法包括：

获取目标物体的采集图像；

基于所述目标物体的采集图像，获得所述目标物体的三维数据；

基于所述目标物体的三维数据，获得所述目标物体的三维模型；

其中，所述目标物体的三维数据包括：

目标物体的地理信息，目标物体的尺寸信息，目标物体的外观信息，以及所述目标物体的采集图像中的光照信息。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。