一種海量三維激光點云壓縮存儲及快速加載顯示方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維激光測量技術領域，具體是一種海量三維激光點云壓縮存儲及快 速加載顯示方法。
【背景技術】
[0002] 目前三維激光測量技術正在被廣泛應用于測繪領域，可以快速采集獲取地物表面 三維激光點云，三維激光掃描根據(jù)載體不同，可以劃分為地面站、車載、機載和背包等形式； 三維激光掃描儀在移動載體上可以連續(xù)掃描測量沿途兩側(cè)空間地理要素，獲取海量的三維 激光點云，目前主流的激光掃描儀如RIEGL、Z+F、Faro及國內(nèi)的中海達HS300等，可以每秒 采集獲取30-100萬點云；三維激光掃描儀采集獲取的點云通常包含三維坐標、強度、時間 和顏色等信息，后處理還包括分類信息。點云瀏覽顯示通常包含按高程渲染、按強度渲染、 按真彩色渲染、按分類渲染，不同渲染方式對應加載點云屬性信息不同；三維激光測量技術 的發(fā)展與應用的同時，另一方面又伴隨著海量點云數(shù)據(jù)存儲與快速顯示的問題，目前國內(nèi) 外激光掃描儀廠商配套軟件都普遍存在以下問題：占用內(nèi)存大、首次加載過程緩慢、顯示瀏 覽不順暢、無法連續(xù)處理編輯海量點云、數(shù)據(jù)存儲占用空間大；以上問題的存在，在一定程 度上制約了三維激光點云預處理及后續(xù)加工生產(chǎn)應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種能解決點云編輯問題，實現(xiàn)海量三維激光點云壓縮存 儲及快速加載顯示方法，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0005]-種海量三維激光點云壓縮存儲及快速加載顯示方法，包括以下內(nèi)容：
[0006] 1)激光點云高度壓縮存儲方法
[0007] 1. 1)點云數(shù)據(jù)總體結(jié)構(gòu)：
[0008]a.整體由若干層級別構(gòu)成，從低到高，0級是最詳細原始數(shù)據(jù)，高等級由低等級數(shù) 據(jù)抽稀構(gòu)成，每一級別對應不同顯示比例尺；
[0009] b.坐標、強度、時間合并文件存儲，顏色、分類單獨文件存儲；
[0010] C.數(shù)據(jù)文件按級別順序存儲，0，1，2...n;
[0011] d.每一級別按坐標、強度、時間順序存儲；
[0012] e.顏色數(shù)據(jù)，通過與點云配準后的影像對點云進行著色后生成；
[0013]f.除分類數(shù)據(jù)無壓縮外，其他數(shù)據(jù)都壓縮存儲，壓縮算法采用FastAC;
[0014]g.選擇、刪除編輯標記信息存放在分類中；
[0015] L2)塊集、塊、包組織關系：
[0016]a.每一級內(nèi)部包括三級索引：塊集、塊、包，塊集包含塊，塊包含包；
[0017] b.編號從左到右，從下到上；
[0018]c.分塊包括2X2、4X4、8X8…，默認塊集邊長64，1塊集包含4X4塊，1塊包含 4X4 包；
[0019] d.每層三級索引分塊需均衡，每數(shù)據(jù)包最大存儲1M數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)包索引包含格 網(wǎng)劃分規(guī)則、點數(shù)、范圍、坐標、強度、時間、顏色、分類等數(shù)據(jù)地址信息；
[0020] 2)數(shù)據(jù)壓縮存儲實現(xiàn)方法
[0021] 2. 1)xyz坐標采樣網(wǎng)格相對坐標，每個坐標值采用2個字節(jié)表達，在保證坐標精度 為0. 001m情況下，網(wǎng)格邊長約設為64m;
[0022] 2. 2)強度屬性采用1個字節(jié)，表達范圍0-255 ;
[0023] 2. 3)時間屬性采用2個字節(jié)，精度為1/128秒情況下，表達范圍0-512秒；
[0024] 2. 4)顏色屬性采用2個字節(jié)，紅色5bit、綠色6bit、藍色5bit，即R5G6B5,RGB和 R5G6B5轉(zhuǎn)換方法如下：
[0025] (a)RGB轉(zhuǎn)R5G6B5(ul6)((color&0x00F80000)> > 8
[0026] (color&OxOOOOFCOO) >>5
[0027] (color&0x000000F8) >>3)；
[0028] (b)R5G6B5轉(zhuǎn) RGBOxFFOOOOOO
[0029] ((color&0xF800) << 8)
[0030] ((color&0x07E0) << 5)
[0031] ((color&0x001F) << 3)；
[0032] 2. 5)采用1個字節(jié)表達分類編輯屬性，其中選擇標記lbit、刪除標記lbit、分類屬 性5bit，預留lbit，分類表達范圍0-31;
[0033]
【主權項】
1. 一種海量三維激光點云壓縮存儲及快速加載顯示方法，其特征在于，包括以下內(nèi) 容： 1) 激光點云高度壓縮存儲方法 1. 1)點云數(shù)據(jù)總體結(jié)構(gòu)： a. 整體由若干層級別構(gòu)成，從低到高，O級是最詳細原始數(shù)據(jù)，高等級由低等級數(shù)據(jù)抽 稀構(gòu)成，每一級別對應不同顯示比例尺； b. 坐標、強度、時間合并文件存儲，顏色、分類單獨文件存儲； c. 數(shù)據(jù)文件按級別順序存儲，0，l，2...n; d. 每一級別按坐標、強度、時間順序存儲； e. 顏色數(shù)據(jù)，通過與點云配準后的影像對點云進行著色后生成； f. 除分類數(shù)據(jù)無壓縮外，其他數(shù)據(jù)都壓縮存儲，壓縮算法采用FastAC ; g. 選擇、刪除編輯標記信息存放在分類中； 1. 2)塊集、塊、包組織關系： a. 每一級內(nèi)部包括三級索引：塊集、塊、包，塊集包含塊，塊包含包； b. 編號從左到右，從下到上； c. 分塊包括2X 2、4X4、8X8···，默認塊集邊長64,1塊集包含4X4塊，1塊包含4X4 包； d. 每層三級索引分塊需均衡，每數(shù)據(jù)包最大存儲IM數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)包索引包含格網(wǎng)劃 分規(guī)則、點數(shù)、范圍、坐標、強度、時間、顏色、分類等數(shù)據(jù)地址信息； 2) 數(shù)據(jù)壓縮存儲實現(xiàn)方法 2. Dxyz坐標采樣網(wǎng)格相對坐標，每個坐標值采用2個字節(jié)表達，在保證坐標精度為 0.0 Olm情況下，網(wǎng)格邊長約設為64m ; 2. 2)強度屬性采用1個字節(jié)，表達范圍0-255 ; 2. 3)時間屬性采用2個字節(jié)，精度為1/128秒情況下，表達范圍0-512秒；
2. 4)顏色屬性采用2個字節(jié)，紅色5bit、綠色6bit、藍色5bit，即R5G6B5, RGB和R5G6B5 轉(zhuǎn)換方法如下： (a) RGB 轉(zhuǎn) R5G6B5(Uie) (b) R5G6B5 轉(zhuǎn) RGB OxFFOOOOOO
2. 5)采用1個字節(jié)表達分類編輯屬性，其中選擇標記lbit、刪除標記lbit、分類屬性 5bit，預留lbit，分類表達范圍0-31 ;
其中，坐標、強度、時間屬性無需編輯，物理上采用FastAC壓縮存儲，顏色屬性著色時 動態(tài)生成，并且壓縮存儲，唯獨分類編輯屬性不壓縮； 3)激光點云快速加載顯示具體實現(xiàn) a. 開啟OpenGL三維視圖，開啟GPU硬件加速； b. 讀取獲取點云數(shù)據(jù)范圍，設置相機視點、視角等參數(shù)； c. 開啟數(shù)據(jù)讀取多線程，線程等待數(shù)據(jù)讀取信號； d. 讀取最高級別層點云數(shù)據(jù)，按分塊建立當前窗口內(nèi)存MeshBuffer，首次瀏覽全圖俯 視顯不； e. 當進行鼠標拖動平移瀏覽時，將內(nèi)存中的分塊MeshBuffer實時刷新顯示，當鼠標彈 起松開后，根據(jù)窗口地理范圍，計算需要新加載的分塊，并發(fā)送信號給數(shù)據(jù)讀取多線程，同 時在內(nèi)存中卸載窗口范圍外分塊MeshBuffer ; f. 當多線程每一個分塊數(shù)據(jù)讀取解析完畢時，通知主線程進行刷新視圖； g. 當視圖進行放大縮小操作時，根據(jù)視圖比例尺，判讀對應顯示的數(shù)據(jù)層級，然后在讀 取范圍分塊數(shù)據(jù)進行顯示。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海量三維激光點云壓縮存儲及快速加載顯示方法，屬于三維激光測量技術領域，通過采集點云數(shù)據(jù)總體結(jié)構(gòu)、按照不同級別對數(shù)據(jù)進行分類、壓縮，每一級別包括塊集、塊和包三級索引，實現(xiàn)高度存儲和快速加載顯示，基于本發(fā)明存儲格式可解決海量點云占用空間大，不易拷貝問題，編輯分類問題，基于本方法實現(xiàn)的三維激光點云存儲、瀏覽、編輯時具有點云存儲空間小，點云瀏覽處理軟件占用內(nèi)存小，在瀏覽過程中點云占用內(nèi)存不超過100Mb；首次加載顯示及實時瀏覽速度快，在瀏覽點云過程中，不會卡頓現(xiàn)象，實時動態(tài)刷新點云，刷新響應時間小于1s；支持編輯分類等優(yōu)點。
【IPC分類】H03M7-30, G06F17-30
【公開號】CN104750854
【申請?zhí)枴緾N201510178971
【發(fā)明人】龔書林
【申請人】武漢海達數(shù)云技術有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月16日