Page 107 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第6期

第 50 卷第 6 期 朱 军等：结构语义特征约束的地震灾害 AR 场景精准建模方法 1129

1.3.1 空间结构约束的灾害现场特征提取
基于空间结构约束进行灾害现场特征提取
包含粗提取以及精确提取两个步骤，首先，根据
传感器和先验信息进行特征粗提取；然后，按照
地震灾害现场语义库进行特征精确提取。
1）地震灾害现场特征粗提取真实图像由设
备视觉传感器获取，并获取拍摄时的位置和姿态

参数，得到拍摄姿态信息六参数，即坐标 ( x，y，z )
和姿态角（翻滚角、偏航角、俯仰角），通过平移、
旋转实现真实场景坐标系以及虚拟场景坐标系
图 2 灾害现场空间结构语义库构建
Fig. 2 Semantic Library Construction of Spatial 的 统 一 ，并 根 据 相 机 内 参 完 成 摄 像 机 参 数 的 统
Structure of Disaster Site 一，进行虚拟图像的渲染，如图 3 所示。

图 3 AR 虚实映射
Fig. 3 Virtual-Real Mapping of AR

由于虚实图像在纹理上具有异质性，首先优 f (n) = d × f d + w × f w + v × f v + q × f q （1）
化虚实图像规格，对虚实图像进行特征约束的图 式 中 ， d、 w、 v、 q 分 别 为 距 离 、上 偏 移 量 、下 偏 移
像预处理，本文采用双线性插值法对图像进行降 量、曲折度； f d、f w、f v、f q 分别为距离、上偏移量、下
采样处理，采用高斯滤波进行降噪处理，然后基 偏移量、曲折度在代价函数计算中的权重。
于地震灾害场景结构约束，针对虚实图像进行特 使用多点折线的矢量型数据结构进行特征
征 粗 提 取 ，初 步 提 取 受 灾 现 场 外 轮 廓 线 和 铅 垂 线的空间信息的数据组织，在储存其几何信息基
线等。 础上，对每组特征线使用一串语义标识符存储对
2）语义约束的地震灾害现场特征提取基于 应特征线的语义信息，该标识符包含虚实特征库
地震灾害现场语义库对粗提取结果进行精确提 标识、语义标识以及结构标识，通过语义库和结
取 ，依 照 连 续 性 约 束 和 边 缘 约 束 进 行 连 续 性 检 构点库相互连接组织形成特征库。
测 、断 点 连 接 ，方 法 流 程 如 图 4 所 示 。 首 先 ，采 1.3.2 几何‑语义联合约束的虚实结构特征匹配
用 八 邻 域 断 点 检 测 算 法 ，对 初 始 特 征 线 进 行 连 基于结构特征提取结果，设计几何-语义联合
续 性 检 测 并 提 取 断 点 。 以 边 缘 检 测 结 果 为 约 约束的特征点匹配算法。提取特征线的拐点、交
束 ，改 进 A* 算 法 进 行 断 点 连 接 ，获 取 特 征 线 。 点作为待匹配特征点，分别计算每个点的几何描

然后，针对特征断点对存在多条连接线的情况， 述符以及语义描述符。综合几何描述符以及语
采用基于特征语义约束的启发式函数估计从起 义描述符从语义、形态、位置等多方面进行共同
始 节 点 到 目 标 节 点 的 最 佳 路 线 。 定 义 f (n) 为 匹 配 ，实 现 虚 拟 图 像 与 真 实 图 像 的 特 征 点 对 获
代 价 函 数 ，用 于 评 价 连 接 线 与 地 震 灾 害 现 场 特 取，如图 5 所示。
征线的接近程度，以获取最适合的连接线，计算 语义描述符是基于结构特征提取结果中储
式为： 存的语义信息进行关系计算得到，描述了特征点