一种三维建筑模型的简化方法技术

本发明专利技术公开了一种三维建筑模型简化方法，其技术特点是包括以下步骤：首先获取三维建筑模型，保留模型的外部轮廓面，对于模型内部的所有结构进行删除，将三维建筑模型转换维外壳模型，再将外壳模型所有的点数据以其高度值进行聚类，然后迭代应用分割算法，直到模型的面积小于一个给定的阈值，以分割后的最小包围矩阵集合来表示该横截面；对具有投影重合的矩形进行从上到下的排序构造出棱锥或棱柱。本发明专利技术可减少三维建筑模型数据量，提高载入速度，在保持三维可视化效果的同时提高其在移动终端中的可视化速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维建筑模型
，具体涉及一种三维建筑模型的简化方法。
技术介绍
随着我国城市化进程的深入与加快，亟需建立并完善城市数字化基础设施，其中三维建筑模型是重要的组成部分，用于城市规划，交通管理，灾难应急，噪声控制，空气污染分析等方面；在物联网应用中，三维建筑模型作为地理信息的基础平台，对于城市中传感器的定位导航、信息集成显示、物联网的构建等有着基础性作用；在电子商务领域，三维模型可以用于房地产产品展示与推荐、旅游体验、数字广告服务等。三维建筑模型的生成，包括源自卫星/机载/近景影像、激光点云和传统测量成果的自动、半自动以及手动方式。由此产生出的三维模型结构复杂，模型数据量大，在三维建筑模型可视化时，存在载入时间过长等问题，特别是移动互联网中，由于带宽与计算能力受限制，难以快速显示，因此必须对三维建筑模型进行简化，以提高显示效率。
技术实现思路
为了解决目前三维建筑模型可视化中存在的模型数据量过大，载入时间过长等问题，本专利技术采用的技术方案如下，一种三维建筑模型简化方法，包括以下步骤：步骤1.获取三维建筑模型，保留模型的外部轮廓面，对于模型内部的所有结构进行删除，将三维建筑模型转换为三维外壳模型；步骤2.将外壳模型所有的点数据以其高度值进行聚类：将所有具有相同或相似高度的点分为一组，对于同组中的两个点，如果点同在一个面内，则构造一条过该两点的线段，将同组中的所有线段首尾相连，获得三维建筑在该组高度中的横截面；步骤3.选择横截面中的边，并以此延伸将横截面分为两部分，分别计算这两部分的最小包围矩形面积，并将其与未分割模型的最小包围矩形进行比较，以此记为该边的面积缩小值；选择所有边中具有最大面积缩小值的边，对模型进行分割，对于分割后的模型迭代的应用上述分割算法，直到模型的面积小于阈值1，或者最大缩小值小于阈值2；最后以分割后的最小包围矩阵集合来表示该横截面；步骤4.对具有投影重合的矩形进行从上到下的排序；设所得序列维：r0，r1…rn，其中ri为上述分割矩形，0≤i≤n；对于任意两个相邻矩形ri与ri+1,如果ri与ri+1具有相同的投影，则构造生成一个长方体，该长方体的高度为ri与ri+1之差，长宽与ri相同，如果ri与ri+1的投影不重合，则构造一个以ri为顶，ri+1为底的棱台，特别的对于ri为点或线的情况，将分别构造出棱锥与棱柱。优选的，所述步骤1中的三维外壳模型由点线面结构组成；优选的，所述步骤3中的阈值1为5平方米，阈值2为1平方米；优选的，所述步骤4中的棱锥为三维建筑模型的塔式结构，棱柱为三维建筑模型的屋顶结构。本专利技术的有益效果：在保障模型相似度情况下，通过模型分割，减少了三维建筑模型数据量，提高了载入速度，改善了可视化效果；分割后的模型具有非常明确而精简的参数值，也可以快速的用于距离分析，容积率分析，日照分析等多种三维建筑模型相关应用中。具体实施方式一种三维建筑模型简化方法，实施该方法包括以下步骤：步骤1.获取三维建筑模型，可以从以下三种方法中选用一种：(1)人工制作三维建筑模型，即通过建模软件：Sketchup或Blender或Unity或3DMAX生成三维建筑模型；(2)遥感获取三维建筑模型：通过激光扫描与摄影测量生成的建筑三维模型；(3)建筑信息模型导出：通过建筑信息模型数据(BIM)导出生成三维建筑模型。读取三维建筑模型，并将其表示为点面构造结构。实施例针对CityGML，Collada，X3D，obj等格式的模型，通过对其集合参数的分析，获取模型点面表示，obj格式，即模型由面集合构成，而每个面则由一个有序的点集合构成，该表示方法可以通过数据转换手段以适应不同类型的三维模型格式。模型获取后，保留模型的外部轮廓面，对于模型内部的所有结构进行删除，将三维建筑模型转换维外壳模型，三维外壳模型由点线面结构组成。本专利技术中模型综合简化主要通过坐标点合并算法实现，该方法具体步骤为：首先，确定模型的外表面，并删除模型内部结构；对与模型外表面，合并距离在0.1米之内的点，从而生成简化的模型结构。步骤2.对于简化后的模型，将构成模型表面的点按照高度进行聚类，暨将所有具有相同或相似高度的点分为一组。本专利技术的聚类距离为0.2米，即如果两个点的高度差大于0.2米则将其分为不同的类，否则聚为一类，聚类后将同一类内部的点构造为三维建筑模型的横截面，并以此将建筑模型分割为多个层次；首先对简化后的模型中的所有点按照高度进行聚类，所有高度差在0.2米只能的点均属于同一组；对于不同组的点，两两判断其是否在同一个平面内，如果是，则生成一条过这两点的线段；对于同一组内的线段，进行首尾连接，从而构成分个面，对于悬挂点(仅有一条或没有线段过该点)则选择其最近的1个(仅有1条线段)或2个点(无线段过该点)进行，并以此线段集合连接构造出三维建筑模型的横截面。对于同组中的两个点，如果其同在一个面内，则构造一条过该两点的线段，将同组中的所有线段首尾相连，从而获得三维建筑在该组高度中的横截面。步骤3.选择横截面中的边，并以此延伸将横截面分为2部分，分别计算这两部分的最小包围矩形面积，并将其与未分割模型的最小包围矩形进行比较，以此记为该边的面积缩小值；选择所有边中具有最大面积缩小值的边，对模型进行分割，同时对于分割后的模型迭代的应用该分割算法，直到模型的面积小于5平方米，或者最大缩小值小于1平方米；最后以分割后的最小包围矩形集合来表示该横截面。步骤4.对最小包围矩形集合中具有投影重合的矩形进行从上到下的排序；设所得序列维：r0，r1…rn，其中ri为上述分割矩形,0≤i≤n；对于任意两个相邻矩形ri与ri+1,如果ri与ri+1具有相同的投影，则构造生成一个长方体，该长方体的高度为ri与ri+1之差，长宽与ri相同，如果ri与ri+1的投影不重合，则构造一个以ri为顶，ri+1为底的棱台，特别的对于ri为点或线的情况，将分别构造出棱锥与棱柱。本专利技术将建筑三维模型替换为对应的构造实体集合简化模型，可以大幅降低模型复杂度与数据量，还可以显著提高三维模型渲染的速度。经测试，数据压缩率在90％以上，每秒帧率提高50％。这是由于通过分割，实现了模型基本元素的参数化共享，因此通过元素复制，提高了三维渲染效率，该方法特别适合于采用几何元素投影的渲染硬件系统，即通过对预定义的基本元素的复制与集合变换，实现三维模型快速可视化的系统。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维建筑模型的简化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1.获取三维建筑模型，保留模型的外部轮廓面，对于模型内部的所有结构进行删除，将三维建筑模型转换为三维外壳模型；步骤2.将外壳模型所有的点数据以其高度值进行聚类：将所有具有相同或相似高度的点分为一组，对于同组中的两个点，如果点同在一个面内，则构造一条过该两点的线段，将同组中的所有线段首尾相连，获得三维建筑在该高度组中的横截面；步骤3.选择横截面中的边，并以此延伸将横截面分为两部分，分别计算这两部分的最小包围矩形面积，并将其与未分割模型的最小包围矩形进行比较，以此记为该边的面积缩小值；选择所有边中产生最大面积缩小值的边，对模型进行分割，对于分割后的模型迭代的应用上述分割算法，直到模型的面积小于阈值1，或者最大缩小值小于阈值2；最后以分割后的最小包围矩阵集合来表示该横截面；步骤4.对具有投影重合的矩形进行从上到下的排序；设所得序列维：r0，r1…rn，其中ri为上述分割矩形，0≤i≤n；对于任意两个相邻矩形ri与ri+1,如果ri与ri+1具有相同的投影，则构造生成一个长方体，该长方体的高度为ri与ri+1之差，长宽与ri相同，如果ri与ri+1的投影不重合，则构造一个以ri为顶，ri+1为底的棱台，特别的对于ri为点或线的情况，将分别构造出棱锥与棱柱。...

【技术特征摘要】
1.一种三维建筑模型的简化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1.获取三维建筑模型，保留模型的外部轮廓面，对于模型内部的所有结构进行删除，将三维建筑模型转换为三维外壳模型；步骤2.将外壳模型所有的点数据以其高度值进行聚类：将所有具有相同或相似高度的点分为一组，对于同组中的两个点，如果点同在一个面内，则构造一条过该两点的线段，将同组中的所有线段首尾相连，获得三维建筑在该高度组中的横截面；步骤3.选择横截面中的边，并以此延伸将横截面分为两部分，分别计算这两部分的最小包围矩形面积，并将其与未分割模型的最小包围矩形进行比较，以此记为该边的面积缩小值；选择所有边中产生最大面积缩小值的边，对模型进行分割，对于分割后的模型迭代的应用上述分割算法，直到模型的面积小于阈值1，或者最大缩小值小于阈值2；最后以分割后的最小包围矩阵集合来表示该横截面；步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛波，曹杰，李耀，
申请(专利权)人：南京财经大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32