一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：分別創(chuàng)建航道和船舶的三維模型，對船舶的三維模型進(jìn)行參數(shù)化配置；步驟二：基于視頻提取靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的特征信息，靜態(tài)航道是指視頻中的航道，所述運(yùn)動船舶是指視頻中的船舶；步驟三：根據(jù)提取的特征信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動船舶的實(shí)例化，完成運(yùn)動船舶對應(yīng)的三維模型與靜態(tài)航道對應(yīng)的三維模型的融合。本發(fā)明能夠?qū)降垃F(xiàn)場中船舶的運(yùn)行狀況進(jìn)行直觀、實(shí)時(shí)地三維動態(tài)呈現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，同時(shí)支持瀏覽器模式的三維展示，并能服務(wù)于運(yùn)營船舶的遠(yuǎn)程管理和控制，對航道管理及三維模型快速呈現(xiàn)具有重要意義。
【專利說明】一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水運(yùn)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具體涉及一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)圖形、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)的發(fā)展，以及數(shù)碼相機(jī)、視頻成像等設(shè)備的普及，計(jì)算機(jī)處理、記錄和顯示三維物體已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)并廣泛地服務(wù)于各個(gè)領(lǐng)域。然而，物體的三維建模費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本頗高。為此，各種三維模型重建技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。常見的三維建模主要有如下三種方式:傳統(tǒng)的幾何造型技術(shù)、三維掃描技術(shù)、基于圖像序列的三維建模技術(shù)。傳統(tǒng)的幾何造型技術(shù)使用幾何造型軟件人工的生成三維模型，該方法對建模人員的技能有比較高的要求，且模型的繪制效果與實(shí)體相差甚遠(yuǎn)；三維掃描技術(shù)使用三維掃描設(shè)備對實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化處理，但是成本高，掃描出的數(shù)據(jù)繁多、算法復(fù)雜；基于圖像的建模技術(shù)是目前最廣泛使用的方法。該方法利用多幅圖像的信息，雖然降低了特征匹配難度，提高了重建精度，但是，圖像特征對應(yīng)的獲取以及物體形狀和運(yùn)動估計(jì)存在一定難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，對航道現(xiàn)場中船舶的運(yùn)行狀況進(jìn)行直觀、實(shí)時(shí)地三維動態(tài)呈現(xiàn)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0005]一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]步驟一:分別創(chuàng)建航道和船舶的三維模型，對船舶的三維模型進(jìn)行參數(shù)化配置；
[0007]步驟二:基于視頻提取靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的特征信息，所述靜態(tài)航道是指視頻中的航道，所述運(yùn)動船舶是指視頻中的船舶；
[0008]步驟三:根據(jù)提取的特征信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動船舶的實(shí)例化，完成運(yùn)動船舶對應(yīng)的三維模型與靜態(tài)航道對應(yīng)的三維模型的融合。
[0009]前述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟一包括:
[0010]步驟Ia:按船舶的外形對船舶分類，利用系統(tǒng)建模創(chuàng)建航道和船舶的三維模型；
[0011]步驟Ib:實(shí)現(xiàn)船舶的參數(shù)化配置，實(shí)例化多種類型、大小的船舶，完成船舶三維模型模型庫的構(gòu)建。
[0012]前述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟二包括:
[0013]步驟2a:在航道中安裝攝像頭，獲得船舶進(jìn)入、?？?、離開的視頻文件；
[0014]步驟2b:根據(jù)獲得的視頻文件，識別視頻文件中的靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶，獲取運(yùn)動船舶的基本特征信息；同時(shí)跟蹤運(yùn)動船舶，獲取運(yùn)動船舶的動態(tài)特征信息。
[0015]前述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟三包括:
[0016]步驟3a:根據(jù)步驟2b中識別的靜態(tài)航道，完成匹配步驟Ia中的航道的三維模型；根據(jù)步驟2b中識別的運(yùn)動船舶的基本特征信息，完成匹配步驟Ib中相符合的船舶模型；
[0017]步驟3b:根據(jù)步驟2b中識別的船舶的動態(tài)特征信息，完成動態(tài)船舶模型與靜態(tài)航道模型的融合，實(shí)現(xiàn)三維場景的實(shí)時(shí)動態(tài)呈現(xiàn)；
[0018]步驟3c:將步驟3b中實(shí)時(shí)呈現(xiàn)的動態(tài)三維場景轉(zhuǎn)換為瀏覽器模式的三維展示，以服務(wù)于航道中運(yùn)營船舶的遠(yuǎn)程管理和控制。
[0019]前述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，步驟Ib包括:對船舶模型的形狀進(jìn)行編輯修改，實(shí)現(xiàn)船舶的參數(shù)化配置，實(shí)例化多種類型、大小的船舶。
[0020]前述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，步驟2b中，所述運(yùn)動船舶的基本特征信息包括船舶的外形和大小，所述運(yùn)動船舶的動態(tài)特征信息包括船舶的運(yùn)動軌跡、速度和所處位置。
[0021]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)三維場景的動態(tài)變化，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，同時(shí)支持瀏覽器模式的三維展示。本發(fā)明應(yīng)用于水運(yùn)中的虛擬現(xiàn)實(shí)，能夠?qū)降垃F(xiàn)場中船舶的運(yùn)行狀況進(jìn)行直觀、實(shí)時(shí)地三維動態(tài)呈現(xiàn)，并能服務(wù)于運(yùn)營船舶的遠(yuǎn)程管理和控制，對航道管理及三維模型快速呈現(xiàn)具有
重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明中一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明中船舶參數(shù)化配置示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明中靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的第一個(gè)識別示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明中靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的第二個(gè)識別示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明中靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的第三個(gè)識別示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明中靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的第四個(gè)識別示意圖；
[0028]圖7是本發(fā)明中靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的第五個(gè)識別示意圖；
[0029]圖8是本發(fā)明中靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的第六個(gè)識別示意圖；
[0030]圖9是本發(fā)明中視頻連續(xù)幀中船舶示意圖；
[0031]圖10是本發(fā)明中視頻連續(xù)幀中船舶的動態(tài)特征信息識別示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0033]參照圖1所示，本發(fā)明一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，包括如下步驟:
[0034]步驟一:分別創(chuàng)建航道和船舶的三維模型，對船舶的三維模型進(jìn)行參數(shù)化配置；
[0035]步驟二:基于視頻提取靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的特征信息，所述靜態(tài)航道是指視頻中的航道，所述運(yùn)動船舶是指視頻中的船舶；
[0036]步驟三:根據(jù)提取的特征信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動船舶的實(shí)例化，完成運(yùn)動船舶對應(yīng)的三維模型與靜態(tài)航道對應(yīng)的三維模型的融合。
[0037]首先，預(yù)定義數(shù)據(jù)，包括預(yù)定義航道模型和船舶模型，并對船舶模型進(jìn)行參數(shù)化配置，構(gòu)建參數(shù)化船舶模型庫，包括以下步驟:
[0038]步驟Ia:按船舶的外形對其分類，利用系統(tǒng)建模創(chuàng)建航道和船舶的三維模型；
[0039]步驟Ib:實(shí)現(xiàn)船舶的參數(shù)化配置，實(shí)例化多種類型、大小的船舶，完成船舶三維模型模型庫的構(gòu)建。
[0040]然后，基于視頻自動獲取信息，包括靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的特征信息，包括以下步驟:
[0041]步驟2a:在航道中安裝攝像頭，獲得船舶進(jìn)入、?？俊㈦x開的視頻文件；
[0042]步驟2b:根據(jù)獲得的視頻文件，識別視頻文件中的靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶，獲取運(yùn)動船舶的基本特征信息；同時(shí)跟蹤運(yùn)動船舶，獲取運(yùn)動船舶的動態(tài)特征信息?；咎卣餍畔ù暗耐庑?、大小等，動態(tài)特征信息包括船舶的運(yùn)動軌跡、速度、所處位置等。
[0043]最后，根據(jù)提取的特征信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動船舶的實(shí)例化，完成動態(tài)船舶模型與靜態(tài)航道模型的三維場景融合，包括以下步驟:
[0044]步驟3a:根據(jù)步驟2b中識別的靜態(tài)航道，完成匹配步驟Ia中的航道的三維模型；根據(jù)步驟2b中識別的運(yùn)動船舶的基本特征信息，完成匹配步驟Ib中相符合的船舶模型；
[0045]步驟3b:根據(jù)步驟2b中識別的船舶的動態(tài)特征信息，完成運(yùn)動船舶對應(yīng)的三維模型與靜態(tài)航道對應(yīng)的三維模型的融合，實(shí)現(xiàn)三維場景的實(shí)時(shí)動態(tài)呈現(xiàn)；
[0046]步驟3c:將步驟3b中實(shí)時(shí)呈現(xiàn)的動態(tài)三維場景轉(zhuǎn)換為瀏覽器模式的三維展示，以服務(wù)于航道中運(yùn)營船舶的遠(yuǎn)程管理和控制。瀏覽器模式的三維展示是指動態(tài)船舶模型與靜態(tài)航道模型融合的三維場景發(fā)布成網(wǎng)頁，在網(wǎng)頁上展示航道中船舶的三維動態(tài)景象。
[0047]如圖2所示，所述船舶參數(shù)化配置可以是在VC++平臺下通過對船舶模型的參數(shù)分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嬓薷?，如圖2分別對船舶模型參數(shù)長(L)、寬(W)、高(H)進(jìn)行修改，最終達(dá)到參數(shù)L、W、H均改變的船舶模型，達(dá)到實(shí)際要求，實(shí)例化絕大多數(shù)種類型、大小的船舶，完成船舶三維模型庫的構(gòu)建。具體來說，先利用系統(tǒng)建模完成分類船舶模型的構(gòu)建，再將船舶模型導(dǎo)出為格式文件；將導(dǎo)出的格式文件導(dǎo)入到VC++中，對船舶模型各項(xiàng)參數(shù)(如長、寬、高等)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嬓薷?，?shí)現(xiàn)船舶模型的參數(shù)化配置，完成視頻圖像中識別的二維船舶到三維船舶模型的轉(zhuǎn)換。
[0048]如圖3所示，靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的識別是指結(jié)合視頻圖像處理和模式識別相關(guān)技術(shù)，從航道現(xiàn)場視頻文件中識別航道輪廓和運(yùn)動船舶輪廓，獲取船舶的基本特征信息(如大小、外形)。圖3、圖4、圖5、圖6均為從拍攝的現(xiàn)場視頻文件中截獲的一幀中航道、船舶的示意圖；圖7表示單獨(dú)識別出的航道輪廓；圖8表示提取出的船舶的外形、大小(長、寬、高)等特征信息。
[0049]如圖9所示，所述視頻連續(xù)幀中船舶的識別是指通過攝像機(jī)獲取航道現(xiàn)場的視頻文件并截獲其多幀圖像，對船舶實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控，獲取船舶的動態(tài)特征信息(運(yùn)動軌跡、速度、所處位置)。圖9中的(I)，(2)，...，(8)分別表示從視頻文件中截獲的具有典型代表的一幀圖像，分別對應(yīng)圖10中Tl，T2，...，T8時(shí)刻識別得到的船舶的運(yùn)動軌跡、速度、所處位置。運(yùn)動速度可以以下通過公式得到:v = s/t，其中V表示運(yùn)動速度，s表示距離，t表示時(shí)間。[0050]本發(fā)明未進(jìn)一步說明的均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0051]本發(fā)明給出了一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法。首先，創(chuàng)建航道、船舶的三維模型，并對船舶模型進(jìn)行參數(shù)化配置；然后，基于視頻識別靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的特征信息；最后，根據(jù)提取的特征信息，實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動船舶的實(shí)例化，完成動態(tài)船舶模型與靜態(tài)航道模型的三維場景融合。本方法的主要特點(diǎn)是實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)三維場景的動態(tài)變化，系統(tǒng)運(yùn)行效率高，同時(shí)支持瀏覽器模式的三維展示。該發(fā)明應(yīng)用于水運(yùn)中的虛擬現(xiàn)實(shí)，能夠?qū)降垃F(xiàn)場中船舶的運(yùn)行狀況進(jìn)行直觀、實(shí)時(shí)地三維動態(tài)呈現(xiàn)，并能服務(wù)于運(yùn)營船舶的遠(yuǎn)程管理和控制，對航道管理及三維模型快速呈現(xiàn)具有重要意義。
[0052]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:分別創(chuàng)建航道和船舶的三維模型，對船舶的三維模型進(jìn)行參數(shù)化配置； 步驟二:基于視頻提取靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶的特征信息，所述靜態(tài)航道是指視頻中的航道，所述運(yùn)動船舶是指視頻中的船舶； 步驟三:根據(jù)提取的特征信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動船舶的實(shí)例化，完成運(yùn)動船舶對應(yīng)的三維模型與靜態(tài)航道對應(yīng)的三維模型的融合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟一包括: 步驟Ia:按船舶的外形對船舶分類，利用系統(tǒng)建模創(chuàng)建航道和船舶的三維模型； 步驟Ib:實(shí)現(xiàn)船舶的參數(shù)化配置，實(shí)例化多種類型、大小的船舶，完成船舶三維模型模型庫的構(gòu)建。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟二包括: 步驟2a:在航道中安裝攝像頭，獲得船舶進(jìn)入、?？?、離開的視頻文件； 步驟2b:根據(jù)獲得的視頻文件，識別視頻文件中的靜態(tài)航道和運(yùn)動船舶，獲取運(yùn)動船舶的基本特征信息；同時(shí)跟蹤運(yùn)動船舶，獲取運(yùn)動船舶的動態(tài)特征信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟三包括: 步驟3a:根據(jù)步驟2b中識別的靜態(tài)航道，完成匹配步驟Ia中的航道的三維模型；根據(jù)步驟2b中識別的運(yùn)動船舶的基本特征信息，完成匹配步驟Ib中相符合的船舶模型； 步驟3b:根據(jù)步驟2b中識別的船舶的動態(tài)特征信息，完成動態(tài)船舶模型與靜態(tài)航道模型的融合，實(shí)現(xiàn)三維場景的實(shí)時(shí)動態(tài)呈現(xiàn)； 步驟3c:將步驟3b中實(shí)時(shí)呈現(xiàn)的動態(tài)三維場景轉(zhuǎn)換為瀏覽器模式的三維展示，以服務(wù)于航道中運(yùn)營船舶的遠(yuǎn)程管理和控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，步驟Ib包括:對船舶模型的形狀進(jìn)行編輯修改，實(shí)現(xiàn)船舶的參數(shù)化配置，實(shí)例化多種類型、大小的船舶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于視頻的航道船舶三維模型動態(tài)呈現(xiàn)方法，其特征在于，步驟2b中，所述運(yùn)動船舶的基本特征信息包括船舶的外形和大小，所述運(yùn)動船舶的動態(tài)特征信息包括船舶的運(yùn)動軌跡、速度和所處位置。
【文檔編號】G06T19/00GK103942843SQ201410166991
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】何坤金, 王淋, 陳正鳴, 張莉軍, 李強(qiáng), 鄧子越, 于笳韻, 劉向雨, 韓磊, 戴逸聰 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)