專利名稱：一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及全月球虛擬模型構建領域，尤其涉及一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法和系統(tǒng)。
背景技術：
2007年10月24日我國第一個月球軌道探測器成功發(fā)射，在軌運行495天，共獲得1.37TB的原始科學探測數據，通過對這些科學探測數據的初步分析和應用研究，已經獲得了包括月球三維地形圖(DEM)和全月球影像圖在內的一系列科學成果，為推動我國月球科學和天體化學的研究和后續(xù)月球探測工程的開展奠定了基礎。隨著“嫦娥一號”的成功發(fā)射，國內公眾對于月球方面知識的需求也與日俱增，基于網絡與電腦平臺的“虛擬月球”為公眾提供了很大的便利。目前我們在網絡上能廣泛獲得的諸如:谷歌公司的Google Moon、美國國家航空航天局(NASA)的World Wind Moon、法國的Virtual Moon Atlas,為公眾認識月球提供了便利的條件,但上述軟件利用的都是國外的數據，由于利益所在，數據未必完整可靠，因此如何利用“嫦娥一號”數據構建自主的月球模型是國內月球研究的重點。近年來，國內圍繞“嫦娥一號”數據的可視化研究主要有成都理工大學的數字月球平臺、香港中文大學的虛擬月球系統(tǒng)和清華大學與澳門科技大學聯(lián)合的月球模型研究工作，成果包括月球三維和地名地標展示、月球DEM數據展示，月球各元素分布展示、月球自動漫游等，但是目前還沒有推廣的向公眾開放訪問的內容。在月球紋理映射過程中，容易出現球體紋理映射過程中的兩極紋理匯聚模糊的問題,在Google Moon和World Wind Moon等軟件中都存在這類問題,如圖1和圖2所示,而在國內相關的月球研究工作中并沒有提及這類問題。兩極地區(qū)作為月球的重要部分，其相關研究對于全月的研究同等重要，如何解決月球兩極紋理匯聚的問題對于月球可視化工作突顯出重要性。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是，針對上述缺陷，如何解決在月球虛擬模型構建過程中月球兩極紋理匯聚模糊的問題。(二)技術方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法，所述方法包括:A:對激光高度計采集到的數據進行處理得到月球表面上分塊的半規(guī)則月球網格模型；B:對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行分割轉換處理，得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理；C:對所述分塊的半規(guī)則月球網格模型根據網格位置分別用所述分塊月球紋理進行紋理貼圖，對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理的月球模型；D:對月球表面上的標注進行分級；E:對所述帶紋理的月球模型根據月心視點距離添加不同級別的標注，根據視點位置判斷可見標注點，并只對所述可見標注點進行繪制，得到所述帶紋理和標注的月球模型。優(yōu)選地，步驟A中的處理具體包括:去噪處理、三角網格化、細分重采樣和幾何模型分塊處理。優(yōu)選地，步驟B中對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行圖像分割轉換處理具體包括:B1:對所述原始全月影像區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域進行分割，再進一步對所述中間區(qū)域進行分割，得到兩極區(qū)域圖像和中間區(qū)域的分塊圖像；B2:對所述兩極區(qū)域圖像進行坐標轉換，轉換為以極點為中心，每條緯度線對應一條圓圈且從內向外緯度依次降低的圓形紋理，其中所述兩極附近區(qū)域的紋理分割高度是根據Hn = Hs W/ (2 π )確定的，Hs為分割后南極紋理圖高度，也是南極區(qū)域圓形紋理的半徑，Hn為分割后北極紋理圖高度，也是北極區(qū)域圓形紋理的半徑，W為原始全月影像的寬度，最終得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理。優(yōu)選地，所述步驟B之后進行以下步驟:F:對月球表面上的標注進行分級；G:對所述分塊的月球模型根據所述月心視點距離添加不同級別的標注，根據所述視點判斷標注的可見性，得到可見標注點，并只對可見標注點進行繪制，得到帶標注的月球模型；H:對所述帶標注的月球模型根據網格位置分別用所述分塊月球紋理進行紋理貼圖，并對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理和標注的月球模型。為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:半規(guī)則月球網格模型獲取模塊、原始全月影像分割轉換模塊、紋理貼圖渲染模塊和加標記模塊；所述半規(guī)則月球網格模型獲取模塊，用于對激光高度計采集到的數據進行處理，得到月球表面上分塊的半規(guī)則月球網格模型；所述原始全月影像分割模塊，用于對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行圖像分割轉換處理，得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理；所述紋理貼圖渲染，用于對所述分塊的半規(guī)則月球網格模型根據網格位置分別用所述分塊月球紋理進行紋理貼圖，對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理的月球模型；所述加標記模塊，用于對所述帶紋理的月球模型根據月心視點距離添加不同級別的標注，根據視點位置判斷可見標注點，并只對所述可見標注點進行繪制，得到所述帶紋理和標注的月球模型。優(yōu)選地，所述半規(guī)則月球網格模型獲取模塊具體包括:去噪處理模塊、三角網格化模塊、細分重米樣模塊和幾何模型分塊處理模塊。優(yōu)選地，所述原始全月影像分割轉換模塊具體包括:全月影像分割模塊和兩極區(qū)域圖像轉換模塊；所述全月影像分割模塊，用于對所述原始全月影像區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域進行分割，再進一步對所述中間區(qū)域進行分割，得到兩極圖像和中間區(qū)域的分塊圖像；所述兩極區(qū)域圖像轉換模塊，用于對所述兩極區(qū)域圖像進行坐標轉換，轉換為以極點為中心，每條緯度線對應一條圓圈且從內向外緯度依次降低的圓形紋理，其中所述兩極附近區(qū)域的紋理分割高度是根據Hn = Hs W/(2 π )確定的，Hs為分割后南極紋理圖高度，也是南極區(qū)域圓形紋理的半徑，Hn為分割后北極紋理圖高度，也是北極區(qū)域圓形紋理的半徑，W為原始全月影像的寬度，最終得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括:標注分級模塊，用于對月球表面上的標注進行分級。(三)有益效果本發(fā)明提出了一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法和系統(tǒng)，解決了月球模型兩極紋理匯聚模糊的問題，同時通過對月球網格模型進行分塊處理，只對視點位置可見的網格分塊進行渲染，只顯示可見標注，加快月球模型繪制的速度。


圖1為通過Goole Moon軟件構建的月球模型圖；圖2為通過World Wind Moon軟件構建的月球模型圖；圖3為一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法的一種實現步驟流程圖；圖4為一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法的另一種實現步驟流程圖；圖5為一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法中步驟B的流程圖；圖6為月心視點距離為5.5 (單位:月球半徑)時得到的帶紋理和標注的月球模型圖；圖7為月心視點距離為3.0 (單位:月球半徑)時得到的帶紋理和標注的月球模型圖；圖8為月心視點距離為1.5 (單位:月球半徑)時得到的帶紋理和標注的北極附近月球模型圖；圖9為一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化系統(tǒng)組成示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例一本發(fā)明實施例一中提供了一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法，步驟流程圖如圖3和圖4所示，具體包括以下步驟:步驟A:對激光高度計采集到的數據進行處理得到月球表面上分塊的半規(guī)則月球網格模型。本實施例中以“嫦娥一號”為例進行說明，“嫦娥一號”上搭載的激光高度計是利用激光測量衛(wèi)星距地面高度的儀器，可安裝于飛機、衛(wèi)星等測試平臺上，使用激光高度計測量得到的就是LAM (Laser Altimeter)數據。根據獲取到的LAM數據建立DEM (Digital Elevation Model，數字高程模型)得到DEM數據，再對DEM數據進行去噪處理、三角網格化、細分重采樣和分塊處理一系列的處理，得到具有細分連通性并分割為48塊的月球表面的半規(guī)則月球網格模型。另外月球網格模型并不是必須分成48塊，還可以根據需要分成其它塊數。步驟B:對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行分割轉換處理，得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理。步驟流程如圖5所示，具體包括以下步驟:步驟B1:對原始全月影像區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域進行分割，再進一步對中間區(qū)域進行分割，得到兩極區(qū)域圖像和中間區(qū)域的分割圖像。本實施例中對中間區(qū)域再按東西半球進行劃分，分割成東半球和西半球兩塊，最終將原始全月影像分割成四塊圖像，即南極區(qū)域圖像、北極區(qū)域圖像、中間區(qū)域東半球圖像和中間區(qū)域西半球圖像。步驟B2:對步驟BI中得到的兩極區(qū)域圖像(南極區(qū)域圖像和北極區(qū)域圖像)進行坐標轉換，轉換為以極點為中心，每條緯度線對應一條圓圈且從內向外緯度依次降低的圓形紋理。具體的，兩極附近區(qū)域的紋理分割高度是根據Hn = Hs W/(2 π )確定的，Hs為分割后南極紋理圖高度，也是南極區(qū)域圓形紋理的半徑，Hn為分割后北極紋理圖高度，也是北極區(qū)域圓形紋理的半徑，W為原始全月影像的寬度。經過步驟BI的圖像分割和步驟Β2的對兩極區(qū)域圖像的坐標轉換，最終得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理，即南極區(qū)域紋理、北極區(qū)域紋理、中間區(qū)域東半球紋理和中間區(qū)域西半球紋理。本實施例中是將中間區(qū)域分割成了東西半球兩塊，在本發(fā)明的其它實施例中還可以根據需要對中間區(qū)域采用其他劃分的方式，但是南極區(qū)域和北極區(qū)域一定要單獨進行分割，才能解決兩極紋理匯聚模糊的問題。步驟C:對步驟A得到的分塊的半規(guī)則月球網格模型根據網格位置分別用步驟B得到的分塊月球紋理進行紋理貼圖，并對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理的月球模型。這一步驟是對月球模型進行紋理貼。其中月球表面頂點坐標p(x，y，z)與月球紋理坐標q(u，v)對應關系，北極附近區(qū)域由
權利要求
1.一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法，其特征在于，所述方法具體包括: A:對激光高度計采集 到的數據進行處理得到月球表面上分塊的半規(guī)則月球網格模型； B:對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行分割轉換處理，得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理； C:對所述分塊的半規(guī)則月球網格模型根據網格位置分別用所述分塊月球紋理進行紋理貼圖，并對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理的月球模型； D:對月球表面上的標注進行分級； E:對所述帶紋理的月球模型根據月心視點距離添加不同級別的標注，根據視點位置判斷可見標注點，并只對所述可見標注點進行繪制，得到所述帶紋理和標注的月球模型。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A中的處理具體包括:去噪處理、三角網格化、細分重采樣和幾何模型分塊處理。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行圖像分割轉換處理具體包括: B1:對所述原始全月影像區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域進行分割，再進一步對所述中間區(qū)域進行分割，得到兩極區(qū)域圖像和中間區(qū)域的分塊圖像； B2:對所述兩極區(qū)域圖像進行坐標轉換，轉換為以極點為中心，每條緯度線對應一條圓圈且從內向外緯度依次降低的圓形紋理，其中所述兩極附近區(qū)域的紋理分割高度是根據Hn=Hs ^ff/(2 Ji)確定的，Hs為分割后南極紋理圖高度，也是南極區(qū)域圓形紋理的半徑，Hn為分割后北極紋理圖高度，也是北極區(qū)域圓形紋理的半徑，W為原始全月影像的寬度，最終得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中對可見的網格分塊進行渲染顯示具體包括:根據所述分塊的半規(guī)則月球網格模型中不同分塊相對于所述視點位置的可見性判斷出可見的網格分塊，并對所述可見的網格分塊進行渲染顯示。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述步驟B之后進行以下步驟: F:對月球表面上的標注進行分級； G:對所述分塊的月球模型根據所述月心視點距離添加不同級別的標注，根據所述視點判斷標注的可見性，得到可見標注點，并只對可見標注點進行繪制，得到帶標注的月球模型； H:對所述帶標注的月球模型根據網格位置分別用所述分塊月球紋理進行紋理貼圖，并對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理和標注的月球模型。
6.一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:半規(guī)則月球網格模型獲取模塊、原始全月影像分割轉換模塊、紋理貼圖渲染模塊和加標記模塊； 所述半規(guī)則月球網格模型獲取模塊，用于對激光高度計采集到的數據進行處理，得到月球表面上分塊的半規(guī)則月球網格模型； 所述原始全月影像分割轉換模塊，用于對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行圖像分割轉換處理，得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理； 所述紋理貼圖渲染，用于對所述分塊的半規(guī)則月球網格模型根據網格位置分別用所述分塊月球紋理進行紋理貼圖，對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理的月球模型； 所述加標記模塊，用于對所述帶紋理的月球模型根據月心視點距離添加不同級別的標注，根據視點位置判斷可見標注點，并只對所述可見標注點進行繪制，得到所述帶紋理和標注的月球模型。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述半規(guī)則月球網格模型獲取模塊具體包括:去噪處理模塊、三角網格化模塊、細分重采樣模塊和幾何模型分塊處理模塊。
8.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述原始全月影像分割轉換模塊具體包括:全月影像分割模塊和兩極區(qū)域圖像轉換模塊； 所述全月影像分割模塊，用于對所述原始全月影像區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域進行分害I]，再進一步對所述中間區(qū)域進行分割，得到兩極圖像和中間區(qū)域的分割圖像； 所述兩極區(qū)域圖像轉換模塊，用于對所述兩極區(qū)域圖像進行坐標轉換，轉換為以極點為中心，每條緯度線對應一條圓圈且從內向外緯度依次降低的圓形紋理，其中所述兩極附近區(qū)域的紋理分割高度是根據Hn = Hs W/(2 π )確定的，Hs為分割后南極紋理圖高度，也是南極區(qū)域圓形紋理的半徑，Hn為分割后北極紋理圖高度，也是北極區(qū)域圓形紋理的半徑，W為原始全月影像的寬度，最終得到區(qū)分兩極區(qū)域和中間區(qū)域的分塊月球紋理。
9.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述紋理貼圖渲染模塊還用于根據所述分塊的半規(guī)則月球網格模型中不同分塊相對于所述視點位置的可見性判斷出可見的網格分塊，并對所述可見的網格分塊進行渲染顯示。`
10.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:標注分級模塊，用于對月球表面上的標注進行分級。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶紋理和標注的月球模型交互瀏覽可視化方法和系統(tǒng)，對激光高度計采集到的數據進行處理得到月球表面上分塊的半規(guī)則月球網格模型；對立體相機采集、拼接得到的原始全月影像進行分割轉換處理，得到分塊月球紋理；對分塊的半規(guī)則月球網格模型根據網格位置用分塊月球紋理進行紋理貼圖，對可見的網格分塊進行渲染顯示，得到帶紋理的月球模型；對標注分級，再對帶紋理的月球模型根據月心視點距離添加不同級別的標注，并對可見標注點進行繪制，得到帶紋理和標注的月球模型。添加紋理和添加標注順序可以互換。本發(fā)明解決了月球模型兩極紋理匯聚模糊的問題，對月球網格模型進行分塊處理，對可見網格分塊進行渲染，加快月球模型繪制的速度。
文檔編號G06T17/30GK103106691SQ20131001227
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權日2013年1月14日
發(fā)明者孫延奎, 董亞鋒 申請人:清華大學