用于从RGBD视频生产IFCBIM对象的密集3D建模方法技术

公开了利用消费级RGB

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从RGBD视频生产IFC BIM对象的密集3D建模方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本国际专利申请要求2020年5月6日提交的美国临时专利申请号 63/020,599的权益，其全部内容通过引用结合于此。


[0003]公开了利用消费级RGB
‑
D相机从而以成本有效的方式生成工业基础类 (IFC)BIM对象模型的系统和方法。

技术介绍

[0004]许多软件公司都参与了3D建筑信息建模(BIM)模型转换产品的开发。一种方法是开发快速建模软件，其可以半自动地将2D图纸转换为Revit模型。用户需要选择轴、标注和建筑元素。另一种方法涉及在线服务，其可以将2DCAD转换为工业基础类(IFC)模型。在这种方法中，需要手动分配层、块和级别。这些方法/产品不能识别2D图纸的立面图和剖面图。因此，元素的某些位置和尺寸可能不清楚，需要手动更正。
[0005]针对RGB
‑
D相机在建筑领域的使用，提出了一种基于Kinect的管道半径估计方法来测量预制管道。误差率在10％和17％之间，这是由于点云公式和曲率估计的不准确和不完整造成的。另一种基于Kinect的下水道检查井的 3D重建专注于检测深检查井中的环境，而不是构建对象模型。还有一种利用RGB
‑
D相机对室内环境进行维度分析，其精度停留在厘米级。基于视觉和基于深度的帧匹配技术的集成可以产生精确和丰富的点云，涉及RGB
‑
D 相机如何构建室内环境的密集3D地图。在基于图像的BIM模型构建方面，存在无分割无导数优化(DFO)方法。基本原理是将开放访问的BIM对象放置在不同的位置和角度，以实现类似图像的优化结果。它们还存在基于视频、 SURF和束调整的3D重建方法。该方法在大型民用基础设施中实现了高精度。最后，存在用于点云几何建模的非均匀B样条曲面(NURBS)拟合方法。然而，这种方法用于处理扫描点云；不考虑成像点云时的可用性。

技术实现思路

[0006]以下给出了本专利技术的简要概述，以提供对本专利技术某些方面的基本理解。本
技术实现思路
不是本专利技术的广泛概述。它既不标识本专利技术的关键或重要元素，也不描绘本专利技术的范围。相反，本
技术实现思路
的唯一目的是以简化的形式呈现本专利技术的一些概念，作为下文呈现的更详细描述的序言。
[0007]在一实施例中，本公开提供了重建建筑元素的建筑信息建模(BIM)对象的方法，包括：使用静态场景重建来获取和配准目标对象的帧的数据；从周围点云中语义分割目标对象；基于包含大量材料类型和纹理的材料库对材料进行分类；以及基于深度图、语义分割和分类的材料生成建筑元素的BIM 对象。
[0008]在另一实施例中，本公开提供了一种用于重建建筑元素的建筑信息建模 (BIM)对象的系统，包含：存储器，其存储计算机可执行部件；和处理器，其执行存储在存储器中的计
算机可执行部件，其中计算机可执行部件包括：静态场景重建部件，其获取并配准目标对象的帧的数据；语义分割部件，其从周围点云中分割目标对象；材料分类部件，其基于包含大量材料类型和纹理的材料库对材料进行分类；以及BIM生成部件，其生成建筑元素的BIM 对象。
[0009]在另一实施例中，本公开提供了一种非暂时性机器可读存储介质，包括可执行指令，当由处理器执行时，所述可执行指令促进操作的执行，所述操作包括：使用静态场景重建来获取和配准目标对象的帧的数据；从周围点云中语义分割目标对象；基于包含大量材料类型和纹理的材料库对材料进行分类；以及基于深度图、语义分割和分类的材料生成建筑元素的BIM对象。
[0010]为了实现前述和相关目的，本专利技术包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本专利技术的某些说明性方面和实施方式。然而，这些仅指示了可以采用本专利技术原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，本专利技术的其他目的、优点和新颖特征将从本专利技术的以下详细描述中变得显而易见。
附图说明
[0011]图1描绘了利用消费级RGB
‑
D相机从而以成本有效的方式生成IFC BIM对象模型的系统和方法的一般工作流程。
[0012]图2示出了可以结合本文描述的一个或多个方面实现的示例电子计算环境的框图。
[0013]图3描绘了可以结合本文描述的各个方面进行操作的示例数据通信网络的框图。
具体实施方式
[0014]Autobject涉及利用消费级RGB
‑
D相机从而以成本有效的方式生成IFCBIM对象模型。BIM对象是建筑元素及其几何图形和属性信息的数字表示。完整的建筑模型由大量这样的BIM对象构成。然而，对于一些复杂的对象，手动建模需要很长的时间和巨大的成本。Autobject解决了建模问题，允许用户采用低成本的相机来捕捉对象的RGB
‑
D视频。先进的3D计算机视觉(CV) 算法用于处理数据并生成符合IFC标准的图形模型。
[0015]Autobject是一种新型的新颖过程，以前从未被使用过。基于这一过程，可以通过在线服务或软件包进一步开发新产品。
[0016]首先，Autobject采用了消费级RGB
‑
D相机，这是计算机视觉和土木建筑工程领域的一种新型先进设备。它能够以非常低的成本生成相当高质量的 3D模型，这在之前的BIM对象建模中没有被利用。其次，Autobject可以将点云转换为符合IFC标准的几何图形模型，这在建筑、施工和工程(AEC)行业中被广泛接受。这是巨大的飞跃，改进了几何拟合过程，减少了手动拟合几何形状的负担。
[0017]当前对BIM对象建模的方法在成本和质量的权衡上有很大的限制。根据给定的图纸和说明，手动建模可以生成稍微精确的模型。然而，这一过程是僵化、费时和枯燥的。利用激光扫描或激光雷达生成对象的非常精确的点云模型。然而，设备成本非常高，从而阻碍了广泛使用。利用运动结构或单目相机虽然成本低，但模型质量不能满足土木建筑工程领域的要求。
InfrastructureEngineering,32(2017)893
–
908,doi：10.1111/mice.12306，其通过引用并入本文)与现有模型，或者采用区域生长方法，例如A.Dimitrov,M.Golparvar
‑
Fard, Segmentation of building point cloud models including detailedarchitectural/structural features and MEP systems,Automation in Construction, 51(2015)32
–
45.doi：10.1016/j.autcon.2014.12.015，其通过引用并入本文。
[0027]然后对彩色点云进行几何建模算法。为了获得拟合表面的材料，将构建包含大量材料类型和纹理的用于训练和测试的材料库。支持本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种重建建筑元素的建筑信息建模(BIM)对象的方法，包括：使用静态场景重建来获取和配准目标对象的帧的数据；从周围点云中语义分割目标对象；基于包含大量材料类型和纹理的材料库对材料进行分类；以及基于深度图、语义分割和分类的材料生成建筑元素的BIM对象。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在数据采集前校准数码相机。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述数码相机是RGB
‑
D相机。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述静态场景重建包括至少一个特征点提取处理、特征空间匹配处理、对准处理和密集点对应处理。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中，所述数据获取和配准包括使用特征描述符比如尺度不变特征变换(SIFT)或加速鲁棒特征(SURF)来获取每个帧的稀疏视觉特征，并基于RANSAC ICP(迭代最近点)算法利用欧几里德距离误差或重投影误差来进行帧到帧或帧到模型的对准。6.根据权利要求5所述的方法，其中，对于飞行时间装置，通过标准公式获得粗略变换：其中，A
f
表示两帧中的特征点之间的对应；表示源点云，表示目标点云。7.根据权利要求5所述的方法，其中，对于主动式RGB
‑
D相机，通过以下来测量重投影误差：其中，A
f
表示两帧中的特征点之间的对应；表示源点云，表示目标点云。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中，所述语义分割包括使用色调阈值来将目标对象与背景区分开。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的方法，其中，所述语义分割通过计算和匹配空间特征描述符或采用区域生长方法来进行。10.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的方法，其中，使用汉明距离来执行所述语义分割。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的方法，其中，所述BIM对象的生成包括将图形模型转换成包含几何表示比如B
‑
rep几何的IFC实体的算法。12.一种用于重建建筑元素的建筑信息建模(BIM)对象的系统，包括：存储器，其存储计算机可执行部件；和处理器，其执行存储在存储器中的计算机可执行部件，其中计算机可执行部件包括：静态场景重建部件，其获取并配准目标对象的帧的数据；语义分割部件，其从周围点云中分割目标对象；材料分类部件，其基于包含大量材料类型和纹理的材料库对材料进行分类；以及BIM生成部件，其生成建筑元素的BIM对象。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述计算机可执行部件还包括校准部件，其在
数据采集之前校准数码相机。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述数码相机是RGB
‑
D相机。15.根据权利要求12所述的系统，其中，执行所述静态场景重建部件，即至少一个特征点提取处理、特征空间匹配处理、对准处理和密集点对应处理。16.根据权利要求12
‑
15中任一项所述的系统，其中，在所述静态场景重建部件中，使用特征描述符比如尺度不变特征变换(SIFT)或加速鲁棒特征(SURF)来获取每个帧的稀疏视觉特征，并且利用基于RANSAC ICP(迭代最近点)算法的欧几里德距离误差或重投影误差来进行帧到帧或帧到模型的对准。17.根据权利要求16所述的系统，其中，对于飞行时间装置，通过标准公式获得粗略变换：其中，A
f
表示两帧中的特征点之间的对应；表示源...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹梦天，L唐，
申请(专利权)人：港大科桥有限公司，
类型：发明
国别省市：