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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种基于点云数据的建筑物模板实例化建模方法，属于地景建模与测绘技术领域。所述方法利用三维点云，建立建筑物标准模型模板数据库；通过点云语义分割、滤波、连通域算法获取单体建筑点云，对其进行构件拆解与识别，读取建筑整体参数和构件特征参数，并利用获取信息与模板库匹配，获取相应的模板文件进行实例化编辑，经模型校核后整合为建筑物实例模型，并利用原始地景图像与点云投影图像生成纹理图像，最终输出含纹理的建筑物实例三维模型。本发明在使用三维点云进行建筑物建模的前提下，优点在于模型完整度高、建模速度快，在保证与真实场景相似性的同时，修复了传统建模的空洞、变形等问题，且能达到实时建模效果。

主权项：1.一种基于点云数据的建筑物模板实例化建模方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：S1：设计通用构件的模板文件标准结构及存储格式，将建筑物模型按照所述通用构件进行拆解，对各构件的常用类别分别进行建模，设计模型库的数据库存储结构，对建筑物各构件模板文件及属性信息进行存储；S2：对目标场景点云进行基于图像的间接分割，分离得到所述目标场景的建筑物点云，并对生成的建筑物点云进行滤波处理，清除错误分割点及离群点；S3：利用连通域算法对建筑点云簇进行单体化操作，分割出点云簇中包含的单栋建筑；S4：提取单栋建筑物点云的特征参数，通过区域生长算法对点云进行分割以获取各构件平面点云，分别提取建筑物点云整体参数及各构件共性、个性参数，称为第一特征参数；S5：通过将所述第一特征参数与所述模型库中的模板文件进行匹配，获取符合预设条件的构件模板，并按照获取的所述第一特征参数对获取的所述构件模板进行实例化编辑；S6：将实例化编辑后的各构件进行组装，并进行位置、尺寸关系校核与组合规则校核，校核后生成建筑物实例化模型；S7：通过各构件平面点云与拍摄获得的原始倾斜摄影图像的对应关系获取各构件对应的二维原始地景图像及点云投影图像，通过图像融合生成构件各表面贴图，称为生成贴图；S8：对建筑物实例模型进行uv展开，并按照建筑物模型各面与所述生成贴图各面的对应关系生成建筑物整体的纹理贴图，实现贴图与模型的对应，输出最终含纹理的建筑实例三维模型；所述S3具体流程如下：S3-1：将语义分割图像进行二值化处理，标记出识别为建筑物的部分，并进行连通域检测，使用二次扫描法，对图像进行两次遍历读取，第一次针对图像中的非零像素，赋予每个非零点一个数字标签，如果某像素的左侧及上方邻域内的像素已有标签值，则取这二者标签中的小值作为当前像素点的数字标签，否则赋予一个新的标签值，其中，第一次遍历会出现同一个像素点有多个不同数字标签的情况，因此需要进行第二次遍历，将属于同一个连通域的数字标签合并，使得同一个连通域内的像素具有相同的数字标签，以目标点水平、垂直及对角方向上的八个相邻点作为邻域对图像中各点进行检测，实现连通域的检测和判断，并将识别出的不同连通区域标记为不同像素值；S3-2：根据筛选后的图像对建筑物进行分割，实现二维标签图像与三维建筑物点云之间的坐标对应，遍历标签图像中不同的像素值，对点云进行逐点判断与分类，将属于同一个连通域内的点云簇划分为同一栋建筑，实现建筑物点云的单体化，获得相对独立的单栋建筑物点云数据；所述S4具体流程如下：S4-1：首先对建筑物的整体参数进行获取，用于后续建筑模型在三维地景场景中的正确放置，分别读取三维建筑点云的坐标及点云外包围盒在X、Y、Z三个坐标轴方向的极大值和极小值xmax、xmin、ymax、ymin、zmax、zmin；S4-2：使用基于区域生长的算法对建筑物内包含的各部分构件进行拆解，通过邻域信息将点云中具有相似性质的点进行归类，以此将点云划分为在某方面具有一定差异性的不同区域，使用曲率作为区分不同建筑点云构件的主要依据对建筑点云进行分割获取各构件表面；S4-3：通过对分割出的构件进行平面拟合，并计算长宽比例、曲率、法向信息对构件类别进行识别，将分割后构件进一步划分为屋顶、地基、楼体、柱梁及其他；S4-4：完成建筑物构件拆解及识别后，分类别提取不同构件对应的特征信息，首先提取各构件共性信息，包含用于筛选有效构件的点云大小、位置及尺寸；S4-5：将分解出的各建筑构件平面点云由三维场景的世界坐标系投影至二维图像的像素坐标系，获取建筑构件点云在原始地景图像中的对应区域，并通过计算点云凸包获取实际边界点，计算点云在图像中对应的最小矩阵包围框，获得图像对应的最小矩阵区域，裁剪该区域并旋转至与X、Y坐标轴平行，从而获得各点云平面对应的原始地景图像；S4-6：根据构件的类别进行处理，结合各构件点云及点云对应的原始地景图像，获取包括各构件类型在内的个性特征信息。

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百度查询： 北京航空航天大学 一种基于点云数据的建筑物模板实例化建模方法