一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法技术

本发明专利技术公开了一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，属于模型构建技术领域，其特征在于该方法包括如下步骤：确定建筑物批量精细建模区域范围框；构建三维模型；建立体框模型索引；批量精细建模附属结构的模型构建。该技术提出了DLG建筑物外轮廓约束下的BSP建筑物模型重建方法，利用DLG的高平面精度弥补了点云边界精度偏低的不足，保证体框模型主体轮廓与DLG外轮廓严格套合。利用建筑物DLG底图与范围内建筑物Building点类以及生成的建筑物模型之间的一一对应关系，实现了成片区域范围内建筑物批量精细建模与质检，形成了一套成熟的生产与质检作业流程。提出了模型空间匹配与复制的方法，并自动获取模型的底座高程及精确方位信息，提升了精细建模效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维模型构建
，特别涉及一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法。
技术介绍
现有技术中的建筑物三维体框模型构建方法，常用的主要有地形图方法、传统航空摄影测量方法、工程测量方法、传统机载激光雷达航测扫描方法等。其中，机载激光雷达航测扫描方法获取的高精度、高密度激光扫描点云数据，能准确反映建筑物三维空间轮廓信息，可以实现大范围三维城市场景建模，已逐渐成为数字城市领域建筑物精细建模的主要技术方法之一。但是现有技术存在以下问题：（1）现有基于点云构建建筑物体框模型时主要采用二叉树或四叉树等方法。但是，由于激光扫描点云数据缺少丰富的纹理信息，仅基于点云数据拟合面片形成的边界精度偏低，难以保证生成的建筑物模型边界满足相应的精度要求。（2）现有基于机载激光雷达航测方式进行建筑物建模只能手工逐个建模，存在建模效率低、人工作业误差大等问题。（3）现有建模方法中，对房屋进行复制时需要人工获取待复制模型的底座高程，同时需要人工调整模型的安置角度，存在人工编辑干预的工作量偏大，且难以保证模型的安置高程及方位精度等问题。（4）城市建筑物当中，常存在某个建筑物屋顶部有很多形状相同但数量较多的附属结构（如老虎窗、电梯井等），这些细部结构面积较小，附属结构面片范围内的激光扫描点云的数量也很少，对其建模存在很大困难。现有方法建模时，需要人工对这些附属结构逐个建模，自动化程度低，且因人工建模误差，难以保证这些附属结构进行体框建模后形状一致，影响了建筑物建成后的整体美观度。为了克服以上技术的不足，特创造出本专利技术。本专利技术充分分析建筑物的特点与规律，提供了一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，实现建筑物体框模型批量精细三维建模。该技术提出了DLG建筑物外轮廓约束下的BSP建筑物模型重建方法，利用DLG建筑物外轮廓平面精度高的优势弥补了点云边界精度偏低的不足，保证体框模型主体轮廓与DLG外轮廓严格套合。利用建筑物DLG底图与范围内建筑物Building点类以及生成的建筑物模型之间的一一对应关系，实现了成片区域范围内建筑物批量精细建模与质检，形成了一套成熟的生产与质检作业流程。提出了模型空间匹配与复制的方法并自动获取模型的底座高程及精确方位信息，提出了建筑物屋顶细节信息批量安置的方法，从而提升了精细建模效率。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，该方法包括如下步骤：步骤一、采集建筑物现势DLG底图，进行拓扑关系处理，形成房屋矢量面层，确定建筑物批量精细建模兴趣区域范围框；步骤二，采用基于DLG建筑物外轮廓约束的BSP模式进行建筑物三维模型构建；步骤三，利用DLG房屋要素与现状建筑的一一对应关系建立体框模型索引，实现体框模型批量构建及质检管理；步骤四，针对同一区域中部分结构相同、空间分布位置不同的建筑物，采用模型空间匹配与复制的方法实现批量精细建模；步骤五，针对同一栋建筑物屋顶结构相同、规则排列的附属结构采用批量安置的方法进行附属结构的模型构建。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述步骤一的具体描述为：1.1，基于获取的激光雷达扫描点云和航片数据，进行点云滤波分类处理，精确分类出建筑物点类（building）和地面点类（ground），同时基于航片资料、点云成果等进行空三加密处理；1.2，加载原始航片、相机文件、空三加密文件来构建单片测图环境、立体测图环境，来采集现状房屋层要素数据；1.3，从建模区域有现势地形图数据中提取现状房屋层数据；1.4，基于采集或提取的现状房屋地形图要素，进行拓扑关系处理。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述步骤二的具体描述为：2.1，将片面拟合参数进行设置，将参数阈值根据激光扫描点云成果进行确定；2.2，将经拓扑关系处理构面后的房屋层数据与分类后的激光雷达扫描点云层进行叠加，形成建模兴趣区域范围框；2.3，选中房屋外轮廓范围框，利用该范围框中包含的Building点，进行房屋范围框内的Building点三维自动建模，实现批量建模与遍历检查。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述步骤三的具体描述为：3.1，对建筑模型中每个节点以及每个面片进行遍历，进行排序标注，记录每个节点所属的面片信息；3.2，通过侧视图观察模型剖面，通过模型的节点在空间中根据高程Z值划分，设置梯度内阈值，将空间中Z值相近的节点调整为统一高度，计算高度相同的节点平面位置距离，以及节点所属的面片关系，进行空间内歧义点捏合；3.3，设置梯度间阈值，确定梯度级数，计算法向相同和相反的面片之间的空间距离和重叠面积，消除内部重叠面；3.4，将节点和面片进行重新遍历与标注，以及模型重构形成规则化的建筑物三维体框模型。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述步骤四的具体描述为：4.1，选中待复制的模型和相应的DLG，以该模型对应的DLG要素的左下角角点为原点，以交于该角点的两条边为X、Y轴，其中X轴、原点、Y轴构成顺时针走向；4.2，将选中的源DLG的原点移动到目标复制区域位置对应的DLG原点位置，让待复制模型对应的房屋地形图的原点自动捕获复制区域目标地形图相应的原点；4.3，在移动源DLG到目标DLG上时，根据捕获到的目标DLG上的点和相交的两条边与源DLG的对应点和两条边计算旋转角，并根据该旋转角对源DLG进行旋转，确定待复制模型的平面位置；4.4，若源模型与待复制的模型之间存在镜像关系，则模型执行镜像操作后再执行3）步操作；4.5，由目标区域相应DLG坐标原点位置一定缓冲半径范围内的地面点云高程的均值综合确定目标区域模型的底座高程，确定待复制模型的高程位置。,一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述步骤五的具体描述为：5.1，参照点云和影像文件建立一个附属建筑结构作为样本模型；5.2，在顶视图模式下，将该附属建筑样本模型中选定两角点并连线以作为该附属结构的主方向；5.3，在顶视图模式下，在建筑主体结构中确定两点并连线以作为该主体结构的主方向；5.4，选定附属结构样本模型后，在顶视图模式下，以建筑主体结构方向线为轴线并参考单片测图环境影像来安置屋顶附属结构，以附属建筑主方向和建筑主体结构主方向的交点作为附属建筑的空间平面位置中心点，由附属建筑所在空间的点云确定附属建筑的空间高程位置，完成附属建筑的空间环境下批量安置。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述实现体框模型批量构建及质检管理，具体包括检查拓扑结构一致性和消除内部面，生成无冗余模型。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述从建模区域有现势地形图数据中提取现状房屋层数据；进一步可为：若建模区域有现势地形图数据，则可从大比例尺现状地形图数据中提取现状房屋层数据，包含房屋主体结构、阳台等附属信息。一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其中，所述大比例尺现状地形图数据为1：500、1:1000、1:2000比例尺中的一种。由此可见：本专利技术实施例中的方法提出了DLG建筑物外轮廓约束下的BSP建筑物模型重建方法，利用DLG的平面精度弥补了点云边界精度偏低的不足，保证体框模型主体轮廓与DLG外轮廓严格套合。本专利技术在利用BSP二叉树的基础上提出了DLG建筑物外轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：    步骤一、采集建筑物现势DLG底图，进行拓扑关系处理，形成房屋矢量面层，确定建筑物批量精细建模兴趣区域范围框；    步骤二，采用基于DLG建筑物外轮廓约束的BSP模式进行建筑物三维模型构建；    步骤三，利用DLG房屋要素与现状建筑的一一对应关系建立体框模型索引，实现体框模型批量构建及质检管理；    步骤四，针对同一区域中部分结构相同、空间分布位置不同的建筑物，采用模型空间匹配与复制的方法实现批量精细建模；    步骤五，针对同一栋建筑物屋顶结构相同、规则排列的附属结构采用批量安置的方法进行附属结构的模型构建。

【技术特征摘要】
1.一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一、采集建筑物现势DLG底图，进行拓扑关系处理，形成房屋矢量面层，确定建筑物批量精细建模兴趣区域范围框；步骤二，采用基于DLG建筑物外轮廓约束的BSP模式进行建筑物三维模型构建；步骤三，利用DLG房屋要素与现状建筑的一一对应关系建立体框模型索引，实现体框模型批量构建及质检管理；步骤四，针对同一区域中部分结构相同、空间分布位置不同的建筑物，采用模型空间匹配与复制的方法实现批量精细建模；步骤五，针对同一栋建筑物屋顶结构相同、规则排列的附属结构采用批量安置的方法进行附属结构的模型构建。2.根据权利要求1所述的一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其特征在于：所述步骤一的具体描述为：1.1，基于获取的激光雷达扫描点云和航片数据，进行点云滤波分类处理，精确分类出建筑物点类（building）和地面点类（ground），同时基于航片资料、点云成果等进行空三加密处理；1.2，加载原始航片、相机文件、空三加密文件来构建单片测图环境、立体测图环境，来采集现状房屋层要素数据；1.3，从建模区域有现势地形图数据中提取现状房屋层数据；1.4，基于采集或提取的现状房屋地形图要素，进行拓扑关系处理。3.根据权利要求1所述的一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其特征在于：所述步骤二的具体描述为：2.1，将片面拟合参数进行设置，将参数阈值根据激光扫描点云成果进行确定；2.2，将经拓扑关系处理构面后的房屋层数据与分类后的激光雷达扫描点云层进行叠加，形成建模兴趣区域范围框；2.3，选中房屋外轮廓范围框，利用该范围框中包含的Building点，进行房屋范围框内的Building点三维自动建模，实现批量建模与遍历检查。4.根据权利要求1所述的一种建筑物体框模型批量精细三维建模方法，其特征在于：所述步骤三的具体描述为：3.1，对建筑模型中每个节点以及每个面片进行遍历，进行排序标注，记录每个节点所属的面片信息；3.2，通过侧视图观察模型剖面，通过模型的节点在空间中根据高程Z值划分，设置梯度内阈值，将空间中Z值相近的节点调整为统一高度，计算高度相同的节点平面位置距离，以及节点所属的面片关系，进行空间内歧义点捏合；3.3，设置梯度间阈值，确定梯度级数，计算法向相同和相反的面片之间的空间距离和重叠面积，消除内部重叠面；3.4，将节点和面片进行重新遍历与标注，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永强，程三胜，江宇，王国飞，闫继扬，李文棋，钟华，王刚，程刘伟，
申请(专利权)人：星际空间天津科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12