[01186591]海量众源空间数据精细化三维重构理论与方法

文化遗产数字化保护、智慧城市建设与管理、建筑全生命周期管理、大型复杂钢结构建筑物建造、大型工业产品的生产等行业对精细三维模型的需求越来越多,数据量也越来越大（达到TB级以上）,给测绘地理信息技术提出了新的挑战。 精细三维重建就是构建精确细致的三维模型,模型数据分辨率和精度均达毫米甚至亚毫米级。激光雷达和摄影测量是最有效的三维数据获取手段,但单独使用均存在不可避免的缺陷。精细三维重建是目前本项目致力与将二者有机结合,取长补短,实现复杂场景和对象的精细三维重建。 本项目在国家重点基础研究发展计划973项目的支持下,率先开展了多源数据融合精细三维重建技术研究,系统研究数据融合技术,精细三维重建算法,海量数据管理方法,研制全自主知识产权的软件。专家鉴定认为项目整体技术达到国际先进水平,其中深度图像模型达到国际领先水平。本项目相关成果申请专利15项（授权7项）,获软件著作权9项,发表文章46篇（EI 9篇）,出版专著1部,主要技术创新有： 1、提出了激光雷达与摄影测量数据融合技术：采用点约束验后方差迭代平差方法,实现多站点云整体配准;利用点云强度图像与光学影像的自动匹配,实现激光点云与影像点云的自动配准;提出按距离定权的点云去冗精简算法以及利用可移动空间网格精简点云的方法,实现多源数据精确融合。 2、提出了多类三维模型的重建算法并用其混合表达三维场景：首创以深度图像为基元的三维几何模型构建方式,实现精细三维规则化表达;用点云拟合结构实体几何 （CSG）的基元,然后用布尔运算生成CSG,并用其表达深度图像的基准面组合和人工复杂对象,提出了一种三维CSG-BRep模型的拓扑元素的访问方法;用正逆向结合的方法构建特别复杂对象的三维模型。 3、提出了海量精细三维空间数据管理方法：将点云、深度图像、CSG、不规则三角网、影像等多类三维空间数据一体化管理,建立了平面、球面和柱面三种空间基准面及其相应的空间坐标系,提出八叉树索引与三维K-D树索引的集成三维空间索引方法实现了海量空间数据的快速检索同时还提出并制作了一套基于三维点云数据的旋转体拟合方法及装置。 4、研发了全自主知识产权的三维重建系统：基于开源的轻量级数据库进行深度开发,研发了一套全自主知识产权的多源数据融合精细三维重建系统;基于GPU多线程并行渲染及曲面细分技术实现了高效快速的空间数据三维可视化。 项目提出的方法和研究成果在国家体育场、故宫博物院、新疆丝绸之路遗址、CCTV新址、龟兹佛教文化区、周口店猿人洞遗址等众多的实际工程得到成功应用,创造经济效益将近五千万元。项目推动了测绘地理信息技术的进步,也使得与之相关的文化遗产保护、智慧城市建设、现代建筑施工等诸多行业蓬勃发展,为社会经济发展与现代化建设起到了有力的推动作用,具有深远的社会意义。