一种基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法

专利名称：一种基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法
技术领域：
本发明涉及虚拟现实领域，特别涉及一种基于矢量建筑图纸交互重建 建筑物的三维模型的方法。
背景技术：
在虚拟现实领域中，建筑物三维模型作为重要的场景模型具有广泛的 应用，例如游戏场景、楼盘展示、安全预演、建筑设计评估等领域，均对 建筑物模型具有迫切的要求。面对这种需求，现今常用的解决办法就是由 美术人员手工建模，不但消耗大量的人力财力，而且效率不高，模型生成 周期长。因此，从已有数据源快速准确地得到所需的建筑物模型的技术具 有广泛的应用前景。
在现实生活中，对建筑物内部结果描述精准且广泛存在的数据源主要
是建筑图纸，包括纸质图纸和数字格式的矢量图纸。随着CAD的迅速发 展，矢量图纸由于编辑灵活、存储量小、管理快捷等优点成为建筑图纸的 主要存在形式。在现有技术中，存在利用矢量图纸重建三维模型的相关方 法，如由南京大学路通、席晓鹏等2005年在《计算机研究与发展》所发 表的论文《建筑工程图识别与理解一一模型与算法》中就介绍了一种相应 的方法。该方法引入一种自生长识别模型，其核心思想是首先根据图纸轴 线的交点识别出建筑图纸中的柱平面轮廓，然后根据一些常规的建筑语义 约束一一如墙体往往和柱子相连等——从已经识别的柱子等结构迭代的 识别出更多的结构。这是一种全自动的方法，其缺点有二 l)要求输入 的建筑图纸必须满足某种绘图标准，包含足够丰富的信息，而通常得到的 建筑图纸往往不具备这种条件；2)识别准确率不高，且识别过程产生的 错误难以控制。
因此，研究通用的矢量建筑图纸交互重建框架，实现从矢量建筑图纸 快速准确地重建出建筑场景三维模型，不仅有重大的理论意义，也具有广 泛的应用领域以及重要的实用价值。

发明内容
本发明的目的是克服现有的三维模型重建方法效率不高、模型生成周 期长的缺陷，从而提供一种在现有的矢量建筑图纸上实现建筑物的三维模 型重建的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于矢量建筑图纸重建三维模
型的方法，包括
步骤1)、将用于重建三维模型的相关矢量建筑图纸进行预处理，得到 相应的图元数据；
步骤2 )、根据所述的图元数据识别矢量建筑图纸中所要表示的建筑构 件，得到所述建筑构件的轮廓；
步骤3)、根据所识別的轮廓完成所述建筑构件的三维重建，从而完成 对所述矢量建筑图纸所表示的建筑的三维重建。
上述技术方案中，在所述的步骤2)中，还包括根据所得到的建筑构 件的轮廓，对所述轮廓按照特征进行分类，将具有相同或相似特征的轮廓 分为一类，在步骤3)的三维重建中，对同一类的轮廓采用相同的方法进 行三维重建。
上述技术方案中，在所述的步骤2)中，还包括在相似建筑的矢量建 筑图纸中，将 一 个建筑的矢量建筑图纸中所识别的轮廓在其它相似建筑的 矢量建筑图纸中做轮廓映射。
上述技术方案中，在所述的步骤l)中，所述的预处理包括图元转换、 图纸对齐以及高度调整。
上述技术方案中，所述的预处理还包括用于对图元转换后的数据进行 修正的数据修正操作。
上述技术方案中，所述的图元转换包括
将所述矢量建筑图纸中的组合图元分解成基本图元；
读入并存储所述矢量建筑图纸中原有的基本图元的数据以及由所述 组合图元分解的基本图元的数据。
上述技术方案中，所述的图元转换还包括对所述基本图元的数据按照 所述基本图元的类型进行分组管理。
上述技术方案中，所述的图纸对齐包括从基本图元的数据中识别所述 矢量建筑图纸的轴线符，然后根据所述轴线符对矢量建筑图纸做对齐操 作。上述技术方案中，所述轴线符的识别包括 从基本图元的数据中找到圆；
从所述圓中找出内部具有文字且与一条线段相连的圆，记录该圆的圓 心为轴线符位置，圆中的文字为轴线符标号，圓心到相连线段顶点的方向 为轴线符的方向。
上述技术方案中，所述的对齐操作包括
从两张需要对齐的矢量建筑图纸中区分出作为对齐标准的图纸与待 对齐图纸，在所述的作为对齐标准的图纸与待对齐图纸中分别找出两个具 有相同方向的轴线符，在两张图纸中分别计算所述两个具有相同方向的轴 线符的相对方向；
对所述作为对齐标准的图纸中的轴线符的相对方向与所述待对齐图 纸中的轴线符的相对方向相反的情况，将所述待对齐图纸根据作为对齐标 准的图纸中的轴线符的相对方向的垂直方向做镜面翻转；
根据待对齐图纸中轴线符位置到作为对齐标准的图纸中对应轴线符 位置的偏移对待对齐图纸进行平移。
上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的数据修正包括根据所 述的图元转换所得到的基本图元数据的基础上实现连接修正、轴向方向修 正、交截断修正以及 瓜立单元修正。
上述技术方案中，在所述的步骤2)中，对所述建筑构件的识别包括
从图元数据中，识别图纸中的特殊符号；
查找出所述矢量建筑图纸中的所有闭合轮廓；
对部分或全部顶点重合的多个轮廓，仅保留边数最大的闭合轮廓；
完成闭合轮廓识别后，从剩余线段中查找出平行且长度相近的平行线 对，如果这两条平行线段和上述步骤中识别得到的闭合轮廓相连，则以这 两条线段的端点为顶点形成所述建筑构件的轮廓。
上述技术方案中，所述的对所述轮廓按照几何特征进行分类包括
将构成轮廓的基本图元的图元类型、图元个数、图元连接关系以及图 元标量属性作为一组属性，并加以记录；
根据所记录的属性组，描述对应轮廓的几何特征，根据所述几何特征 对轮廓进行分类；
对无法分类的轮廓，提取构成所述轮廓的基本图元中包括线型在内的 图元自带属性，根据所述图元自带属性对所述轮廓分类。上述技术方案中，所述的轮廓映射包括
从一 个建筑的矢量建筑图纸的轮廓集合中找出支撑型和相贯型建筑
构件的轮廓平面；
计算所述轮廓平面的包围区域，根据所述包围区域计算相似建筑的矢
量建筑图纸中的对应区域；
在所述的对应区域中对所述相似建筑的矢量建筑图纸进行轮廓识别，
并将识别结果与所述支撑型和相贯型建筑构件的轮廓进行特征相似判别，
对具有相似特征的情况，根据所述一个建筑的矢量建筑图纸的轮廓生成所
述相似建筑的矢量建筑图纸的轮廓。
上述技术方案中，在所述的步骤3)中，所述的三维重建采用了包括
基于高度的重建方法以及基于参数化模型库的重建方法。 上述技术方案中，所述的基于高度的重建方法包括 在一个建筑的平面图上获取其中的建筑构件的最大高度； 选定建筑构件的轮廓平面，并指定所选中轮廓的类型为拉伸体构件轮
廓；
对于每一个拉伸体构件轮廓，将其轮廓平面沿着高度方向挤压成三维
物体，得到轮廓对应的建筑构件的三维模型。
上述技术方案中，所述的基于参数化模型库的重建方法包括 从建筑构件的轮廓平面上所对应的特殊符号从模型库中选择对应的
建筑构件；
根据所述建筑构件的轮廓计算所述模型库中模型的包括位置、朝向、 缩放比例在内的变换参数；
将所述模型库中的模型根据所述变换参数进行变换，并将变换后的结 果添加到对应位置，得到轮廓对应的建筑构件三维模型。
本发明的优点在于
1、 本发明通过对矢量建筑图纸的处理，实现了对图纸中相关信息的 识别与提取，在这些信息的基础上完成了对所述矢量建筑图纸中所表示建 筑的三维重建，与现有的人工重建方法相比，效率得到很大的提高。
2、 本发明的方法在重建过程中，对所识别的建筑构件的轮廓按照几 何特征进行了分类，并在后续的三维模型重建中，对同一类的轮廓采用相 同的三维模型重建方法，进一步提高了整个方法的效率。
3、 本发明的方法在重建过程中，还将一个建筑在一个矢量建筑图纸中所识别的轮廓在其它相似建筑的矢量建筑图纸中做轮廓映射，简化了轮 廓生成过程，提高了整个方法的效率。


以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中
图1为本发明中所涉及的轴线符号的示意图2为本发明的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法的流程图3为一个实施例中所涉及的原始图纸局部示意图4为对本发明中所涉及的图纸预处理过程中组合图元分解为基本图
元进行示例性说明的示意图5为对本发明中所涉及的图纸预处理过程中的连接修正进行示例性
说明的示意图6为对本发明中所涉及的图纸预处理过程中的轴向方向修正进行示 例性说明的示意图7为对本发明中所涉及的图纸预处理过程中所做的相交截断修正的 目的进行说明的示意图8为对本发明中所涉及的图纸预处理过程中的相交截断修正进行示 例性说明的示意图9为对本发明中所涉及的图纸预处理过程中的3瓜立图元修正进行示 例性说明的示意图10为对本发明中所涉及的图纸预处理过程中的图纸对齐操作的示 例性说明的示意图11为图纸预处理后的结果示意图12为本发明中所涉及的模型库中的门模型的示意图。
具体实施例方式
由于本发明的方法涉及到建筑领域，为了方便理解，首先对本发明中 所涉及的几个建筑领域的专业术语进行说明。
图元CAD矢量图纸中存储的图形元素，例如折线、多边形、块等。 基本图元本文的基本图元仅指线段、圆弧和文字。 组合图元CAD矢量图纸中存储的成组的图形元素，例如块、标注等。 轴线符图纸中用于对齐的轴线符号，在图1中给出了轴线符的范例，其中，d表示轴线符方向，c表示轴线符位置，"A"表示轴线符标号。 建筑构件是组成建筑结构的基本物体，例如墙体、柱子、门等。 本发明的方法按照实现步骤，可以包括图纸预处理、构件识别和模型
重建三个部分，下面结合附图和具体实施方式
对它们的实现过程做进一步
的说明。
为了便于理解，在一个实施例中，以常见的写字楼为例，对如何通过 该写字楼的矢量图纸来快速、自动地生成写字楼的三维模型进行说明。假 设所涉及的写字楼有10层，则关于该写字楼的矢量图纸中必然包括有每 一层的设计图纸，还可能包括有某一层中某个房间的详细设计的图纸，甚 至还有写字楼内关于某一建筑部件的专门的设计图纸。基于建筑、设计的 需要，关于这一写字楼的矢量图纸具有大数量、多样性的特点，而对于三 维建模的计算机而言，如果要对多种形式的数据进行处理，不仅开销大， 而且不容易保证建模的准确性。鉴于现有的矢量图纸为三维建模所造成的 困难，在基于矢量图纸进行三维建模前，需要对矢量图纸进行预处理，以 将矢量图纸所要表达的内容以一种统一的数据格式表达。
在对矢量图纸做预处理的过程中，根据矢量图纸中常见的在不同矢量 图纸上所描绘的相同部件的尺寸比例可能不一致、有位置对应关系的建筑 之间需要将相应的矢量图纸进行对齐、不同矢量图纸间的坐标系不一致等 问题，针对性地提出了图元转换、数据修正、图纸对齐和高度调整等操作。
以图3中所给出的写字楼的某一部分的设计图纸为例，对该图纸如何 进行预处理进行说明。
在得到一张设计图纸后，首先需要对图纸中的图元进行转换。在图3 中，所涉及到的图元包括用于表示建筑物墙体的块等。对于这些图元的转 换，首先要将组合图元分解成基本图元。组合图元的概念在前面的说明中 已经提到，图3中所涉及的块就是所述组合图元的一种，此外还包括折线、 多行文字等。在图4中给出了一个组合图元分解成基本图元的例子，从中 可以看出， 一个包含有四个顶点的块在图元转换后得到四条线段，而一个 包含有三个顶点的折线在图元转换后得到三条线段。
在设计图纸中，除了组合图元外，还包括有基本图元，对于图纸中的 基本图元以及前述由组合图元分解后得到的基本图元，在图元转换过程 中，需要将相关的图元数据在计算机中读取和存储。以基本图元中的线段 为例，所要读取和存储的图元数据包括该线段的两个端点的坐标、线段的颜色、线段的宽度等。在上述说明中，将组合图元分解成基本图元，以及 将基本图元的图元数据在计算机中的读取和存储都属于成熟的现有技术， 在此不再做重复说明。
通过上述操作，已经基本实现了对图纸中图元的转换，但为了在后续 操作过程中加快查找，还可以对所存储的基本图元数据按照图元的类型进 行分组管理，如将关于线段的数据通过一个特定的组进行管理，将关于单 行文字的数据通过一个特定的组进行管理，在分组管理过程中还可以引入
KD树或其他有助于加速查找的数据结构。
在得到关于基本图元的数据后，考虑到这些数据可能不能直接在后续 的三维建模过程中使用，或这些数据本身存在一定的误差，因此还需要对 这些数据进行多种类型的修正，如连接修正、轴向方向修正、相交截断修 正以及孤立单元修正等。在实际应用中，可以根据需要从上述数据修正类 型中选择一个或多个，也可以选择全部的数据修正类型，当然，随着所选 择的数据修正类型的增加，数据修正的效果也会更佳，但所花费的资源和 效率会有一定的降低。在下文中，对上述的各个类型的数据修正做了详细 的说明。
数据修正中的连接修正主要用于去除相连图元之间的缝隙，在连接修 正的实现过程中，设定连接判断阈值，然后根据这一判断阈值，对相接近 图元间的距离判断，对于距离小于所述判断阈值的相接近图元，通过对图 元数据的修改将它们连接起来。在图5中给出了连接修正中的几种典型的 示例，其中的左侧线段是未做连接修正前的线段，而右侧的线段是做了连 接修正后的线段。在图3所示的设计图纸中，用于表示的墙体的块中的线 段在绘制或者识别过程中可能会如图5中所示的左侧线段那样，在理论上 应当连接的线段间存在了缝隙，通过连接修正操作可以很好地克服这一问 题。
数据修正中的轴向方向修正是要将与三维空间的轴向(如水平、垂直、 45度及其整数倍等)接近平行的图元修正为严格平行。之所以要实现轴向 方向修正是因为在建筑领域中，大多数的建筑构件都与轴向平行，因此， 将图元数据进行轴向方向的修正有利于将图纸真实地再现为三维模型。对 轴向方向的修正也可以采用设定阈值，并根据阈值进行判断的方式。所设 定的阈值可以是角度阈值或偏移阈值，对满足阈值的图元修正相应的图元 数据使得其与轴向方向严格平行。在图6中给出了在坐标轴中的45度、135度、225度、315度方向进行轴向方向修正的示意图，从图中可以看出， 原先与轴向方向有微小偏移的图元在修正后变得严格平行。
数据修正中的相交截断修正就是要对相交的线段做截断处理，即两条 线段如果相交，则分别从交点处将两条线段截断，转换成四条新的线段。 相交截断在三维建模中有其特殊的目的，下面在图7中，对本发明为什么 要做相交截断加以说明。假设图7(a)中左侧的两个紧邻的四边形表示图 3所示设计图中两个相邻的墙体，从前面所提到的图元转换过程可以知道， 这两个四边形所存储的基本图元如图7 (a)中的右侧所示，这里就存在如 下问题所存储的右侧墙体的轮廓只有三条边，无法形成一个闭合轮廓， 这显然不满足关于墙体的定义，为后续的三维建模造成不便。而通过相交 截断操作，用于表示墙体的四边形所存储的基本图元数据如图7(b)所示， 使得两个墙体的轮廓都成为闭合轮廓，解决了因线段公用所带来的问题。 在图8中，对如何进行相交截断修正做了示例性说明。
数据修正中的孤立单元修正是要将除文字数据以外的图元数据进行 消除孤立图元处理，所谓孤立图元是指不与其他图元相连或相交的基本图 元，由于这些孤立单元除了图纸中常见的文字标记外，通常并非有效数据， 因此对这些^v立单元的删除有利于更好地重建三维4莫型。孤立单元的消除 包括删除所有的孤立线段，而对于圆弧或圆，如果其半径小于判断阈值也 将其删除。在图9中，对如何实现孤立单元的修正进行了说明，其中的左 侧为未^uE前的图元，而右侧为》务正后的图元。
通过前面的图元转换、数据修正等操作，可以实现对单张设计图纸的 处理，但在一个建筑，如本实施例提到的写字楼中，设计图纸不可能只有 一张，且在不同的设计图纸间存在一定的联系，例如， 一楼的设计图纸与 二楼的设计图纸存在一些共同的建筑构件，如贯穿一楼与二楼的柱子。因 此，要实现对建筑的三维重建就需要将这些有关联的图纸做对齐操作。在 将图纸对齐的过程中，首先要从图元数据中找到图纸中的轴线符，然后利 用所述的轴线符对不同的图纸做对齐操作。
由于篇幅有限，图3所示的设计图纸只是整张设计图纸中的一部分， 因此图中没有包含用于图纸对齐所需要的轴线符，在下面的说明中，以一 张具有轴线符的图纸为例，对如何实现图纸的对齐进行说明。要找到图纸 中的轴线符，首先从该图纸的图元数据中查找圆，然后对该圆中是否具有 文字进行判断，对于包含文字且包含文字的圓仅与一条线段相连的情况，
13记录该圆的圓心为轴线符位置，将圓中的文字作为轴线符标号，将圓心到 相连线段顶点的方向作为轴线符的方向。
将要做对齐操作的图纸中的轴线符都找到后，就可以利用轴线符来实 现图纸间的对齐。由于任意数量图纸间的对齐最终都可以简化成两张图纸 间的对齐问题，因此，以两张图纸的对齐为例，对利用轴线符实现图纸间 对齐的问题进行说明。假设有两张图纸， 一张为作为对齐标准的图纸，记 为Pl,另一张为待对齐的图纸，记为P2。从图纸P1中任意找出两个同方 向的轴线符，计算它们的相对方向D1。例如，假设从P1中找到的两个轴
线符分别是Al和A2,其位置分别是Cl和C2，那么它们的相对方向 D1=C2-C1。从图纸P2中找出两个方向与Pl中相同，且轴线符符号也相 同的轴线符，并计算它们的相对方向D2。接着就对所得到的Dl和D2是 否同向进行判断，如果反向就根据D1的垂直方向对P2进行镜面翻转；然 后再根据P2中轴线符位置到Pl中对应轴线符位置的偏移对P2进行平移； 最后对P2是否为平面图进行判断，如果不是则进行竖直翻转。在图10中 给出了两张分别用Pl、 P2表示的图纸，根据前面的说明可以知道，图纸 Pl的相对方向Dl为乂人左向右，而图纸P2的相7十方向D2为A人右向左。 由于DI、 D2间反向，且P2是平面图，因此对P2做镜面翻转，然后平移， 从而得到图IO右侧的结果。
将写字楼中的图纸都做上述的对齐操作后，将写字楼内各层以及每层 中各个建筑构件间的对应关系做了大致的标定，下面则要对图纸所代表的 建筑的水平高度进行调整。例如，写字楼中的一楼与二楼的设计图纸按照 相互间的位置关系对齐后，它们在水平高度上却未必符合实际情况，如对 齐后的二楼的设计图纸与一楼的设计图纸间的水平距离不到l米，这显然
是不正确的，会对后续的三维建模过程产生影响，因此，在本步骤中就需 要对各个楼层的水平高度做适当的调整，以符合实际情况。在调整过程中， 可以采用多种实现方式，如可以通过用户点击相应位置来实现对图纸高度 的调节，也可以由用户直接为特定的图纸设定高度值。
通过上述操作，基本实现了图纸预处理所要达到的目的，为后续的三 维模型的构建创造了良好的基础。在图11中给出了图纸预处理后的一个 示例性的结果。
完成对图纸预处理操作后，就要以相应的图纸以及图纸中的图元数据 为基础，重建相关建筑构件的三维形状，进而对整个建筑进行三维重建。
14但在对建筑构件进行三维重建前，先要对图纸中各个符号所代表的建筑构 件进行识别，只有知道在图纸中某一位置的符号代表的究竟是什么，才能 重建该符号所代表的建筑构件。在具体实现时，首先对图纸中的特殊符号 进行识别。在建筑图纸中，对于门、窗之类常见的建筑构件，通常采用特 殊符号加以标记，这些特殊符号本身并不反映建筑构件的平面形状，因此 需要在图元数据中对代表这些特殊符号的数据进行识别，以在后续操作中 进行对应处理。完成对图纸中特殊符号的识别后，再对图纸中除了特殊符 号外的其它符号进行识别，考虑到各个建筑构件在图纸上的水平投影都应 该是闭合轮廓，因此需要查找出图纸中所有的闭合轮廓。在查找过程中， 任选一条线段的起点SO为查找起点，递归查找是否存在端点Sl同SO重 合的线段，如果不存在，则重新选取未被查找的线段进行新一轮的查找，
如果存在，则取新找到的线段的端点El (El是不和SO重合的那个端点) 为起点进入新一轮的递归查找，当递归查找的线段端点Ei同初始的SO重 合时，就找到一个闭合轮廓。在找到闭合轮廓后，不同的闭合轮廓间可能 存在部分或全部顶点重合的情况，对于这些闭合轮廓，仅保留边数最大的 闭合轮廓。完成闭合轮廓识别后，在剩余线段中查找出平行且长度相近的 平行线对，如果这两条线段和上述步骤中识别得到的闭合轮廓相连，则根 据这两条线段的端点为顶点形成轮廓。
在完成对图纸中建筑构件的识别后，已经可以根据识别结果进行三维 重建。但在本发明的实施例中，为了提高识别覆盖率，减少用户在后续的 模型重建过程中的交互量，还可以对识别得到的建筑构件按照轮廓进行分 类和映射。
轮廓分类是指从轮廓识别的结果中，根据图元属性描述轮廓的几何特 征，将具有同样几何特征的轮廓分为一类，对同一类的轮廓进行统一管理。 具体的说，对轮廓识别所得到的各个轮廓，将构成轮廓的基本图元的图元 类型、图元个数、图元连接关系以及图元标量属性等一组属性进行记录， 然后根据所得到的这组属性信息描述对应轮廓的几何特征，将几何特征相 似的轮廓分为一类。为了提高效率，可以直接将轮廓对应的两组属性进行 比较，而不必根据属性描述轮廓的几何特征后，再对几何特征进行比较。 除了根据上述一组属性进行轮廓分类外，还可以根据设计图纸的图元数据 中所包含的其它属性，如线型、块(BLOCK)名称等，对前述操作中无法 根据该组属性进行分类的轮廓做进一步分类。经过轮廓分类后，同一类轮廓在重建三维;漠型时就可以做类似的处理。
轮廓映射是指将 一 个图纸中已经识别的建筑构件的轮廓复制到相似 图纸中，以减少轮廓识别所要花费的开销以及用户的工作量。在对写字楼 进行三维重建的过程中，存在上下楼层的结构大体相同，或者不同房间的 结构十分类似，或者多个建筑构件间的结构非常相近的情况，对于这些相 似楼层或相似房间或相似构件，如果要一个一个重复地做轮廓识别操作， 显然并不科学。在轮廓识别时，首先从某一层平面图的轮廓集合中查找出 支撑型和相贯型建筑构件的轮廓平面，其中的支撑型建筑构件是指如柱子 和墙体之类的建筑构件，而相贯型建筑构件是指如楼梯、电梯之类的建筑
构件。在得到所述支撑型和相贯型建筑构件的轮廓平面后，计算轮廓的包 围区域，并根据该区域计算出与该层平面图相邻的平面图中对应的区域，
其中，相邻的平面图是指表示相邻楼层的平面图，如5楼和6楼的平面图 就是相邻的平面图。在所述的对应区域中对相邻图纸进行轮廓识别，并将 识别结果与所述的构件轮廓进行特征相似判断，此处用于特征相似判断的 特征可以是前述一组属性中所使用的几何特征或者除几何特征外的图元 自带特征，如果相似则自动生成相邻图纸的轮廓，并将所得到的轮廓分到 相似轮廓的组中；如果不相似，则表示没有当前轮廓的映射轮廓，进行新 一轮的轮廓映射。
在经过上述的对建筑构件的轮廓识别后，就可以真正地完成对建筑构 件的三维重建，进而最终实现对整个建筑的三维重建。由于在一个完整的 建筑中，所涉及的建筑构件的种类多种多样，因此，在三维重建的过程中， 也需要根据所要重建的建筑构件的具体类型选择合适的重建方法。在本实 施例中，给出了两种重建方法， 一种是基于高度的重建方法，此类方法通 常用于图纸中外形单一、规整的建筑构件，如墙体；另一种是基于参数化 模型库的重建方法，此类方法用于重建外观信息在建筑图纸中不完全的建 筑构件，这些建筑构件在建筑图纸中通常以特定的符号表示，如门、窗等。 在下文中将对这两种重建方法分别加以说明。
在基于高度的重建方法中，首先在建筑物的每一层平面图上获取其上 的建筑构件的最大高度，即地板到天花板的高度，然后选定前述步骤所得 到的建筑构件的轮廓平面，并指定选中轮廓的类型为拉伸体构件轮廓；对 于每一个拉伸体构件轮廓，根据图纸预处理的高度调整过程中所得到的高 度，将其轮廓平面沿着高度方向挤压成三维物体，从而得到轮廓对应的建
16筑构件的三维模型。如果在实际应用过程中，实现了前述的轮廓分类操作， 则在本步骤中对重建的建筑构件的轮廓所在分组中的所有轮廓按照同样 方式重建为三维模型，从而得到一组轮廓对应的建筑构件三维模型。本步 骤中所提到的建筑构件的最大高度的获取可以是点选相邻标高计算差值 或用户直接指定高度。
在基于参数化模型库的重建方法中，首先由用户选择前述步骤所得到 的建筑构件的轮廓平面，并根据该轮廓平面所对应的特定符号从如图12 所示的模型库中选择对应的建筑构件，此处所涉及的模型库是现有技术， 可以直接获取。由于用户所选择的轮廓平面与模型库中所选择的建筑构件
的模型间在大小上可能存在差异，因此还要根据用户选择的轮廓，计算模 型库中模型对应的位置、朝向、缩放比例等变换参数。在得到上述参数后， 对模型库中的模型进行相应的变换，并添加到轮廓所对应的位置，从而得 到轮廓对应的建筑构件的三维模型。如果在实际应用过程中，实现了前述 的轮廓分类操作，则在本步骤中还要将建筑构件的轮廓所在分组中的所有 轮廓都按照同样方式重建为三维模型，从而得到 一组轮廓对应的建筑构件 三维模型。
将上述两种重建方法相结合，就可以实现对建筑物中所有建筑构件的 三维重建，从而最终实现对整个建筑物的三维重建。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。 尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案 的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，包括步骤1)、将用于重建三维模型的相关矢量建筑图纸进行预处理，得到相应的图元数据；步骤2)、根据所述的图元数据识别矢量建筑图纸中所要表示的建筑构件，得到所述建筑构件的轮廓；步骤3)、根据所识别的轮廓完成所述建筑构件的三维重建，从而完成对所述矢量建筑图纸所表示的建筑的三维重建。
2、 根据权利要求1所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，还包括根据所得到的建筑构件的轮廓，对所述轮廓按照特征进行分类，将具有相同或相似特征的轮廓分为 一类，在步骤3)的三维重建中，对同一类的轮廓采用相同的方法进^f三维重建。
3、 根据权利要求1或2所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，其特征在于，在所述的步骤2)中，还包括在相似建筑的矢量建筑图纸中，将一个建筑的矢量建筑图纸中所识別的轮廓在其它相似建筑的矢量建筑图纸中做轮廓映射。
4、 根据权利要求1所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的预处理包括图元转换、图纸对齐以及高度调整。
5、 根据权利要求4所述的基于矢量建筑图纸重建三雄模型的方法，其特征在于，所述的预处理还包括用于对图元转换后的数据进扦修正的数据修正操作。
6、 根据权利要求4或5所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，其特征在于，所述的图元转换包括将所述矢量建筑图纸中的组合图元分解成基本图元；读入并存储所述矢量建筑图纸中原有的基本图元的数据以及由所述组合图元分解的基本图元的数据。
7、 根据权利要求6所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，其特征在于，所述的图元转换还包括对所述基本图元的数据按照所述基本图元的类型进行分组管理。
8、 根据权利要求4或5所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，其特征在于，所述的图纸对齐包括从基本图元的数据中识别所述矢量 建筑图纸的轴线符，然后根据所述轴线符对矢量建筑图纸做对齐操作。
9、 根据权利要求8所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法， 其特征在于，所述轴线符的识别包括从基本图元的数据中找到圆；从所述圆中找出内部具有文字且与 一条线段相连的圓，记录该圓的圆 心为轴线符位置，圓中的文字为轴线符标号，圆心到相连线段顶点的方向 为轴线符的方向。
10、 根据权利要求8所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法， 其特征在于，所述的对齐操作包括从两张需要对齐的矢量建筑图纸中区分出作为对齐标准的图纸与待 对齐图纸，在所述的作为对齐标准的图纸与待对齐图纸中分别找出两个具 有相同方向的轴线符，在两张图纸中分别计算所述两个具有相同方向的轴 线符的相对方向；对所述作为对齐标准的图纸中的轴线符的相对方向与所述待对齐图 纸中的轴线符的相对方向相反的情况，将所述待对齐图纸根据作为对齐标 准的图纸中的轴线符的相对方向的垂直方向做镜面翻转；根据待对齐图纸中轴线符位置到作为对齐标准的图纸中对应轴线符 位置的偏移对待对齐图纸进行平移。
11 、根据权利要求5所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法， 其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的数据修正包括根据所述的图元 转换所得到的基本图元数据的基础上实现连接修正、轴向方向修正、交截 断修正以及孤立单元修正。
12、 根据权利要求1或2所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方 法，其特征在于，在所述的步骤2)中，对所述建筑构件的识别包括从图元数据中，识别图纸中的特殊符号；查找出所述矢量建筑图纸中的所有闭合轮廓；对部分或全部顶点重合的多个轮廓，仅保留边数最大的闭合轮廓；完成闭合轮廓识别后，从剩余线段中查找出平行且长度相近的平行线 对，如果这两条平行线段和上述步骤中识别得到的闭合轮廓相连，则以这 两条线段的端点为顶点形成所述建筑构件的轮廓。
13、 根据权利要求2所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，其特征在于，所述的对所述轮廓按照几何特征进行分类包括将构成轮廓的基本图元的图元类型、图元个数、图元连接关系以及图元标量属性作为一组属性，并加以记录；根据所记录的属性组，描述对应轮廓的几何特征，根据所述几何特征对轮廓进行分类；对无法分类的轮廓，提取构成所述轮廓的基本图元中包括线型在内的 图元自带属性，根据所述图元自带属性对所述轮廓分类。
14、 根据权利要求3所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法， 其特征在于，所述的轮廓映射包括从一个建筑的矢量建筑图纸的轮廓集合中找出支撑型和相贯型建筑 构件的轮廓平面；计算所述轮廓平面的包围区域，根据所述包围区域计算相似建筑的矢 量建筑图纸中的对应区域；在所述的对应区域中对所述相似建筑的矢量建筑图纸进行轮廓识别， 并将识别结果与所述支撑型和相贯型建筑构件的轮廓进行特征相似判别， 对具有相似特征的情况，根据所述一个建筑的矢量建筑图纸的轮廓生成所 述相似建筑的矢量建筑图纸的轮廓。
15、 根据权利要求1或2所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方 法，其特征在于，在所述的步骤3)中，所述的三维重建采用了包括基于 高度的重建方法以及基于参数化模型库的重建方法。
16、 根据权利要求15所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法， 其特征在于，所述的基于高度的重建方法包括在一个建筑的平面图上获取其中的建筑构件的最大高度； 选定建筑构件的轮廓平面，并指定所选中轮廓的类型为拉伸体构件轮廓；对于每一个拉伸体构件轮廓，将其轮廓平面沿着高度方向挤压成三维 物体，得到轮廓对应的建筑构件的三维模型。
17、 根据权利要求15所述的基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法， 其特征在于，所述的基于参数化模型库的重建方法包括从建筑构件的轮廓平面上所对应的特殊符号从模型库中选择对应的 建筑构件；根据所述建筑构件的轮廓计算所述模型库中模型的包括位置、朝向、缩放比例在内的变换参数；将所述模型库中的模型根据所述变换参数进行变换，并将变换后的结 果添加到对应位置，得到轮廓对应的建筑构件三维模型。
全文摘要
本发明提供一种基于矢量建筑图纸重建三维模型的方法，包括将用于重建三维模型的相关矢量建筑图纸进行包括图元转换、图纸对齐以及高度调整在内的预处理，得到相应的图元数据；读取经过预处理的矢量建筑图纸中的图元数据，根据图元数据识别矢量建筑图纸中所要表示的建筑构件，得到建筑构件的轮廓；对矢量建筑图纸中的建筑构件完成轮廓识别后，根据所识别的轮廓完成建筑构件的三维重建，从而完成对矢量建筑图纸所表示的建筑的三维重建。本发明通过对矢量建筑图纸的处理，实现了对图纸中相关信息的识别与提取，在这些信息的基础上完成了对所述矢量建筑图纸中所表示建筑的三维重建，与现有的人工重建方法相比，效率得到很大的提高。
文档编号G06T17/00GK101673410SQ20081011985
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者挺 李, 博 束, 王兆其, 邱显杰 申请人:中国科学院计算技术研究所