一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法技术

本发明专利技术公开了一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法，包括获取倾斜摄影重建的建筑mesh模型数据；对建筑mesh模型数据进行断层扫描，生成建筑模型的轮廓集；对建筑模型的轮廓集进行分段轮廓提取，得到地基轮廓和屋顶立面分界轮廓；对地基轮廓和屋顶立面分界轮廓中每一段轮廓进行分段挤压处理，生成重构的立面段几何体；将重构的立面段几何体与保留的屋顶段信息进行分段合并，得到建筑立面重建结果。本发明专利技术可以准确的对建筑进行分段、并提取各段的屋顶，解决传统倾斜摄影三维重建建筑mesh模型三角面数多、立面存在破洞、轮廓难以提取，重构后的建筑缺失屋顶等问题。构后的建筑缺失屋顶等问题。构后的建筑缺失屋顶等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法


[0001]本专利技术涉及三维重建
，具体涉及一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法。

技术介绍

[0002]倾斜摄影技术可以从五个不同视角同步采集物体影像数据，获取更加完整的场景、纹理等信息。对倾斜摄影采集的城市影像数据建立三维模型，可以更加真实的还原城市（场景）样貌，建筑立面的三维重建是其中一项重要工作，因其能以直观的方式为使用者提供建筑物的外观、位置、高度等属性信息，在智慧城市、应急管理等领域具有广泛应用。
[0003]利用现有重建算法生成三维建筑模型时，容易产生建筑立面破洞、冗余等问题。提取建筑物轮廓信息修复立面破洞、冗余是一种有效的方法。目前获取的建筑物轮廓数据主要是建筑物在俯视图中投影到地平面的轮廓数据，对于建筑轮廓的获取，目前提取轮廓的方法：（1）通过在CAD或GIS里面对照卫星地图或无人机拍摄平面，手动描绘建筑边界。但是对于上述建筑轮廓的获取方法，往往不能获取建筑的高度信息，并且存在工作量大、耗时长、只能在小范围内获取等缺点；（2）利用遥感面向对象的自动提取方法，可以自动获取建筑物轮廓信息，但其缺点是提取的几何信息不完整，需要较大的人工后续处理。在提取出轮廓信息后，相当于对建筑进行了分段（相邻两张轮廓构成一段）。对建筑做重构（即对每一段都进行重构），对于分段建筑而言，会有屋顶在重构的段中。由于对轮廓挤压本身只能生成立面，不能生成屋顶，按照传统方法进行立面重构会缺少屋顶信息。所以建筑物在尺寸，建筑风格，形态上有较大差异，轮廓信息复杂，这给建筑轮廓提取、立面重建带来诸多难点。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法，包括以下步骤：S1、获取倾斜摄影重建的建筑mesh模型数据；S2、对建筑mesh模型数据进行断层扫描，生成建筑模型的轮廓集；S3、对建筑模型的轮廓集进行分段轮廓提取，得到地基轮廓和屋顶立面分界轮廓；S4、对地基轮廓和屋顶立面分界轮廓中每一段轮廓进行分段挤压处理，生成重构的立面段几何体；S5、将重构的立面段几何体与保留的屋顶段信息进行分段合并，得到建筑立面重建结果。
[0006]可选地，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、根据建筑mesh模型的立面法线，确定建筑立面的主方向；S22、根据建筑模型俯视视角，确定建筑轮廓边界位置；
S23、对确定的建筑轮廓边界位置进行边界扩展；S24、沿建筑立面的主方向，采用与主方向垂直的平面与建筑mesh模型按设定步长进行相交求解，得到建筑mesh模型不同高度的对应轮廓，生成建筑模型的轮廓集。
[0007]可选地，步骤S22具体包括以下分步骤：S221、根据建筑立面的主方向和建筑模型俯视视角确定X、Y轴方向；S222、根据建筑mesh模型中各个像素点坐标构建坐标数组；S223、计算坐标数组中x坐标的最大值和最小值，确定X轴方向上的最大点和最小点；S224、计算坐标数组中y坐标的最大值和最小值，确定Y轴方向上的最大点和最小点；S225、将确定的X轴方向上的最大点和最小点和Y轴方向上的最大点和最小点按顺时针连接，得到建筑轮廓边界。
[0008]可选地，步骤S3具体包括以下分步骤：S31、遍历建筑模型的轮廓集，计算每张轮廓图像中轮廓的界限和轮廓像素点的个数；S32、根据每张轮廓图像中轮廓的界限计算相邻轮廓图像中轮廓界限的变化量；S33、根据每张轮廓图像中轮廓像素点的个数计算相邻轮廓图像中轮廓像素点个数的变化量；S34、根据相邻轮廓图像中轮廓界限的变化量和轮廓像素点个数的变化量，按照从建筑底部到建筑顶部的顺序对轮廓进行聚类，提取得到地基轮廓和屋顶立面分界轮廓对应的轮廓编号。
[0009]可选地，步骤S4具体包括以下分步骤：S41、根据地基轮廓和屋顶立面分界轮廓对应的轮廓编号确定每张轮廓图像属于地基轮廓或屋顶立面分界轮廓类型；S42、根据确定的每张轮廓图像类型将所有轮廓图像进行分段；S43、选取第一段轮廓图像作为地基轮廓信息进行挤压处理，修复输入建筑mesh模型底部噪声和立面破洞；S44、判断选取的当前段轮廓图像是否屋顶段；若是，则保留该段轮廓图像；否则采用投票算法选取最优轮廓图像进行挤压处理，生成重构的立面段几何体；S45、保留最后两段轮廓图像作为屋顶信息。
[0010]可选地，所述判断选取的当前段轮廓图像是否屋顶段的判断方法为：判断当前段轮廓图像是否是以屋顶立面分界轮廓为起点、地基轮廓为终点构成的轮廓图像段；若是，则该段轮廓图像为屋顶段；否则该段轮廓图像为立面段。
[0011]可选地，所述采用投票算法选取最优轮廓图像的方法为：遍历该段轮廓图像中所有的轮廓图像，将每张轮廓图像与剩余的轮廓图像做一次交/并计算，得到每张轮廓图像对应的投票率，选出投票率最高的轮廓图像作为最优轮廓图像。
[0012]可选地，所述挤压处理的方法为：根据轮廓图像中轮廓像素点的z值确定轮廓高度，根据确定的轮廓高度将轮廓沿
建筑立面的主方向进行拉伸。
[0013]本专利技术具有以下有益效果：相比传统的倾斜摄影三维重建，本专利技术基于倾斜摄影三维重建的建筑模型，横切建筑，得到建筑的轮廓图，根据相邻轮廓图像中轮廓在图片中所占的比例变化幅度进行聚类，每一类代表建筑的每一段，在每一段中选取一张代表轮廓图，提取出选择的轮廓图中的轮廓进行挤压，由于挤压本身只能生成立面，不能生成屋顶，在分段合并时，设置了分段线偏移阈值，保留一定长度的屋顶信息，合并后的建筑不缺失屋顶信息。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例中一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中建筑mesh模型数据处理过程示意图。
具体实施方式
[0015]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0016]如图1和图2所示，本专利技术实施例提供了一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法，包括以下步骤S1至S5：S1、获取倾斜摄影重建的建筑mesh模型数据；在本专利技术的一个可选实施例中，本专利技术获取采用倾斜摄影技术采集的建筑mesh模型数据，利用倾斜摄影进行影像数据采集的特性，可以更准确的进行后续建筑物分段轮廓提取与立面三维重建。
[0017]S2、对建筑mesh模型数据进行断层扫描，生成建筑模型的轮廓集；在本专利技术的一个可选实施例中，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、根据建筑mesh模型的立面法线，确定建筑立面的主方向；具体而言，建筑模型是由建筑立面和建筑屋顶组成，而建筑立面占比是最大的。建筑三角面也是分为建筑立面三角面、建筑屋顶三角面，而建筑立面三角面占比是最大的每个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取倾斜摄影重建的建筑mesh模型数据；S2、对建筑mesh模型数据进行断层扫描，生成建筑模型的轮廓集；S3、对建筑模型的轮廓集进行分段轮廓提取，得到地基轮廓和屋顶立面分界轮廓；S4、对地基轮廓和屋顶立面分界轮廓中每一段轮廓进行分段挤压处理，生成重构的立面段几何体；S5、将重构的立面段几何体与保留的屋顶段信息进行分段合并，得到建筑立面重建结果。2.根据权利要求1所述的一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、根据建筑mesh模型的立面法线，确定建筑立面的主方向；S22、根据建筑模型俯视视角，确定建筑轮廓边界位置；S23、对确定的建筑轮廓边界位置进行边界扩展；S24、沿建筑立面的主方向，采用与主方向垂直的平面与建筑mesh模型按设定步长进行相交求解，得到建筑mesh模型不同高度的对应轮廓，生成建筑模型的轮廓集。3.根据权利要求2所述的一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法，其特征在于，步骤S22具体包括以下分步骤：S221、根据建筑立面的主方向和建筑模型俯视视角确定X、Y轴方向；S222、根据建筑mesh模型中各个像素点坐标构建坐标数组；S223、计算坐标数组中x坐标的最大值和最小值，确定X轴方向上的最大点和最小点；S224、计算坐标数组中y坐标的最大值和最小值，确定Y轴方向上的最大点和最小点；S225、将确定的X轴方向上的最大点和最小点和Y轴方向上的最大点和最小点按顺时针连接，得到建筑轮廓边界。4.根据权利要求1所述的一种建筑物分段轮廓提取与立面三维重建方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下分步骤：S31、遍历建筑模型的轮廓集，计算每张轮廓图像中轮廓的界限和轮廓像素点的个数；S32、根据每张轮廓图像中轮廓的界限计算相邻轮廓图像中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，张晓波，朱旭平，宋彬，何文武，
申请(专利权)人：北京飞渡科技有限公司，
类型：发明
国别省市：