WebAR技术研究及在地下管线信息系统的应用

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近年来,随着我国城市现代化的迅速发展,人们在日常生活和工业生产中对地下管线的依赖日益显著。同时地下管线也在不断扩张敷设或改建,并且越来越错综复杂,需要对地下管线进行科学而有效的管理,其中涉及到诸多技术,增强现实可视化是其中重要的研究方向之一。传统地下管线信息系统的二维数据表达已不能满足当前用户的需求,随着移动增强现实技术的快速发展,Web AR技术作为其中的一种,将其应用于地下管线管理与规划工作成为一种新的方向,具有重要的研究意义。本文主要针对Web AR中的三维建模和三维跟踪注册两大关键技术开展了研究,设计并实现了一个Web AR地下管线信息系统,解决了传统地下管线信息系统存在的查看管线空间感不足、管线施工决策不灵活、对本地软件程序依赖性高的问题。本文的主要研究内容如下:(1)基于Sweep造型法和旋转矢量法的三维建模思想,设计了一种利用圆参数方程结合标架技术的地下管线三维建模方法,并通过高精度定位来加载管线数据,其中管线弯曲部分利用倒圆角方法按照精度需求处理成多个小直线段,再用前面设计的建模方法进行建模。通过手机浏览器采用Three.js技术对管线模型渲染使其三维可视化。经过实验测试,建立的三维管线模型与实际管线的分布情况高度匹配,并且在浏览器中渲染流畅。(2)为了能够在Web AR系统中将三维模型放置在真实场景中的准确位置,并实时跟踪,设计了一种多类信息融合的跟踪注册方法,其中一类信息是通过真实场景中的自然特征计算得到的相机位姿变化信息,另一类是根据GPS、重力加速度计和电子罗盘测量得到的相机位姿变化信息,将以上两类信息分别按照位置变化信息和姿态变化信息进行融合计算得到位姿变换矩阵,从而完成跟踪注册。经实验测试,验证了此种多类信息融合跟踪注册方法的准确性与可行性。(3)在(1)和(2)的研究内容基础上,设计并实现了Web AR地下管线信息系统,系统设置“俯视查看地下管线”和“沉浸式查看地下管线”两种查看方式,并且可以通过点击“查看管线属性”按钮获取当前管线的属性数据。经过系统实验测试,该系统三维模型渲染流畅,位姿估计误差小,其中刷新率可以达到30FPS以上,该系统在查看地下管线作业中具有直观准确、便捷灵活、运行环境适应性强的特点。
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