CN101930627B

CN101930627B - 一种基于二维户型图的三维户型建模方法

Info

Publication number: CN101930627B
Application number: CN 201010278571
Authority: CN
Inventors: 白晓亮; 张开兴; 贺强; 张小环
Original assignee: XIAN NEW VISION INFORMATION TECHNOLOGY Corp Ltd
Current assignee: XIAN NEW VISION INFORMATION TECHNOLOGY Corp Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: CN101930627A

Abstract

本发明涉及一种基于二维户型图的三维户型建模方法，该包括以下步骤：1)构建由二、三维户型图建模元素构成的数据库；2)选取图像格式的二维户型图，在二、三维户型图建模元素数据库基础上对其进行矢量化；3)在矢量化的二维户型图基础上，自动构建三维户型图。本发明提供了一种建模难度低、效率高的基于二维户型图的三维户型建模方法。

Description

一种基于二维户型图的三维户型建模方法

技术领域

本发明属三维建模领域，涉及一种三维户型的建模方法，尤其涉及一种基于二维户型图的三维户型建模方法。

背景技术

三维模型技术在影视动画、机械设计制造、生物医学等诸多领域得到了广泛的应用。以三维形式展示户型具有直观、方便、展示度高等诸多优点，得到了广泛的认可，然而在房地产行业蓬勃发展的今天，户型图的展示仍然以二维为主，三维户型却没有流行起来，其主要原因在于现有的三维建模技术过于复杂，与户型展示的特点不完全相符，使得只有经过专业学习的工程技术人员才能熟练的掌握这样一个复杂的过程，使得三维户型技术没有能够在房地产展示领域得到广泛的应用。

三维建模技术，是CAD(计算机辅助设计)的核心技术。从建模技术进入三维时代开始，它的发展大致经历了几何建模技术、参数化建模技术、变量化建模技术以及特征化建模技术等发展过程。

三维几何建模又分为线框建模、曲面建模和实体建模。

线框建模是以线来构造三维物体，其主要算法是空间自由曲线的拟合，表达相对简单。

曲面建模是由曲面来构造三维物体，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成算法等，其算法较为复杂。

三维实体建模是经历了三维线框建模、三维曲面建模后发展起来的用于描述物体最完整几何信息的模型，记录了物体全部的点、线、面、体的拓扑信息。可以进行消隐、渲染、剖切、有限元网格划分等。实体建模是构成真实的实体，其算法比较复杂。在实体建模技术研究中提出了很多算法，常用的有边界表示法B-rep和几何构造法CSG。

(1)实体几何构造法(CSG)是一种用体素拼合构成物体的方法，可以用二叉树的事实对建筑物体进行描述。

(2)边界表示法(B-rep)要表达的信息分为两类。一类是几何数据，反映物体大小及位置，另一类是拓扑信息，描述物体的相对位置关系。

边界表示法能够构造具有复杂外形的物体，但是数据存储量大，必须提供一个方便的用户界面。因此现在几乎所有的以B-rep为基础的系统都有CSG方式的输入界面。

传统的参数化建模技术一般指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显示对应关系，设计结果的修改尺寸驱动。

变量化建模技术是指设计对象的修改需要更大的自由度，通过求解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。约束方程可以是几何关系，也可以是工程计算条件，设计结果的修改受约束方程的驱动。

特征是在实体的设计和制造阶段可识别的包含完整工程信息的结构单元，是一组与实体的描述相关的信息集合。特征建模是CAD建模方法的一个新发展。特征建模技术是在设计阶段捕捉几何信息以外的设计信息，从而避免了特征的提取与识别。

在机械制造、建筑、影视动画领域内，三维模型的构建方法均经历了上述发展过程。

上述建模方法均假定三维模型形状复杂，以一系列平行平面截取模型时，每一个平面与模型相交形成的截面形状均不相同。因此建模过程不需在三维空间内部经过一些复杂的坐标变换、拉伸、放样、旋转以及布尔运算过程。然而以一系列平行地面的平面截取一个户型的三维模型时，得到的截面几何形状几乎全部相同，没有充分利用这一特征使得现有的建模方法用于三维户型构建时非常复杂。

综上所述，这是由于传统的三维建模方法用于三维户型的建模时，没有充分利用三维户型的特点，因此具有如下缺点：1)建模过程复杂、离不开专业技术人员；2)操作步骤繁琐，建模效率低下；3)学习过程复杂，需要较多的专业知识。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种建模难度低、效率高的基于二维户型图的三维户型建模方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种基于二维户型图的三维户型建模方法，其特殊之处在于：所述基于二维户型图的三维户型建模方法包括以下步骤：

1)构建由二、三维户型图建模元素构成的数据库；

2)选取图像格式的二维户型图，在二、三维户型图建模元素数据库基础上对其进行矢量化；

3)在矢量化的二维户型图基础上，自动构建三维户型图。

上述基于二维户型图的三维户型建模方法还包括：

4)根据二、三维户型图建模元素数据库中的建模元素对步骤3)已经建立好的三维户型模型进行参数化动态调整。

上述步骤1)中二、三维户型图建模元素数据库包括系统内建数据库以及外部数据库。

上述二、三维户型图建模元素数据库的系统内建数据库包括：建筑物建模元素数据库以及家居制品数据库；所述户型图建筑物建模元素数据库中的建模元素包括墙壁、窗户、门、地板、橱柜及不可移动建筑物建模元素；家居制品数据库中的建模元素是家电、灯具、家具、厨卫用品、装饰物品及可摆放的家居制品。

上述二、三维户型图建模元素数据库的外部数据库包括纹理或图片库、户型或建筑物库以及家居制品库；所述外部数据库是互联网在线数据库或本机数据库；所述外部数据库中的纹理或图片、家居制品、户型或建筑物均可动态载入二三维户型模型中，或动态替换二三维户型图中的相应元素。

上述二、三维户型建模元素数据库的外部数据库中的纹理或图片库、户型或建筑物库以及家居制品库进行数据上传、数据搜索以及数据载入操作。

上述步骤2)中图像格式二维户型图的矢量化采用交互方式构建或自动识别方式构建。

上述步骤2)中图像格式二维户型图的矢量化的具体实现方式是：

2.1)比例定位：对图像格式的二维户型图设定比例尺，确定坐标系，确定户型或建筑物的大小；所述构建比例定位采用交互方式设定比例尺或通过图像识别的方式识别图像中的比例并设定比例尺；

2.2)构建地板：将户型分割为多个多边形，主要是长方形，以构建长方形的形式完成地板的建模；所述构建地板过程采用交互方式构建多边形，进而构建地板；或通过图像识别的方式构建构成地板的多边形，然后自动构建地板。

2.3)构建门窗：添加门、窗户、橱柜以及不可动物品；所述构建门窗是通过交互方式构建或通过图像识别方式构建；

2.4)构建场景：采用交互方式或自动识别方式在二维环境下将整个户型分割为多个场景，构建场景时自动推理并构建场景之间的墙；

2.5)摆放家具：在二维环境下交互添加各种家居制品，如家具、家电以及可移动物品的，实现家居制品的摆放以及属性设置；所述摆放家具过程通过交互方式完成，或通过图像识别方式识别图像形式二维户型图中的家居并完成其构建。

上述步骤3)的具体实现方式是：通过对已经建立起来的二维矢量化户型图中的建模元素进行拉伸、放样操作实现基本元素的三维建模，通过布尔运算实现三维户型建模。

上述步骤3)构建出的三维户型由步骤2.4)构建的多个场景组成，在三维状态下进行建筑物或户型漫游时，根据视点位置动态切换并展示不同的场景。

本发明的优点是：

本发明将复杂的三维户型构建过程转化为一个简单的二维交互操作，降低了用户操作的复杂程度，使得没有专业知识的普通用户经过简单的几个步骤即可实现三维户型的构建，用以改善三维户型构建的难度，提高三维户型的建模效率，本发明方法简单方便、效率高。该方法可以用于三维户型展示、家居产品的网络化展示、虚拟会展、网络环境下的建筑物三维场景建模以及展示等领域，应用范围相当广阔。

附图说明

图1本发明所提供的基于二维户型图的三维户型建模方法的组成框架图；

图2本发明所提供的比例定位示意图；

图3本发明所提供的构建地板示意图；

图4本发明所提供的构建门窗示意图；

图5本发明所提供的构建场景示意图；

图6本发明所提供的摆放家具示意图；

图7本发明所提供的步入式三维场景漫游示意图；

图8本发明所提供的视点位置导航示意图；

图9本发明所提供的真实感场景显示示意图；

图10本发明所提供的墙壁、地板纹理的替换与设置示意图；

图11本发明所提供的家具属性位置设置示意图；

图12本发明所提供的家具替换为真实感更强的3DS格式示意图。

具体实施方式

参加图1，本发明提供了一种基于二维户型图的三维户型建模方法，该方法包括以下步骤：

1)构建由二、三维户型建模元素构成的数据库；该二、三维户型建模元素数据库包括系统内建数据库及外部数据库，二、三维户型图建模元素数据库的系统内建数据库包括建筑物建模元素数据库以及家居制品数据库；建筑物建模元素数据库包括墙壁、窗户、门、地板以及不可动物品；家居制品数据库包括家电、家具、厨卫、装饰物品以及可摆放的物品等家居制品。大部分户型都是由一些常规的基本元素组成的，例如房屋的墙壁、窗户、门、地板等，在二维矢量化户型图的建模过程中只需要根据不同的场景需要选择合适的元素从而完成二维矢量化户型图的构建。对于二维户型图的绘制曲线的选择，由于户型的特点，户型图没有太多复杂曲线，主要由数量占绝对优势的直线和少量的圆弧组成，因此即使对于非专业建模人员只需要了解直线和圆弧绘制即可，绘制过程简单方便。建立一个家居制品数据库，该库中包括家庭中常用的家电、家具、厨卫、装饰物品等模型，用户可以根据自己的需求在二三维户型图的基础上定制这些数据信息模型，并可以摆放在三维户型的任何位置，从而实现一个虚拟的三维场景。

二三为户型图建模元素外部数据库包括：纹理或图片库、户型或建筑物库以及家居制品库；外部数据库是互联网在线数据库，也可以是本机数据库；可以对外部数据库中的纹理或图片库、户型或建筑物库以及家居制品库进行数据上传、数据搜索以及数据载入。

对于数据上传，用户可以根据自己的需求上传数据(纹理或图片库、户型或建筑物库、家居制品库等)，并将用户的数据加载到展示系统中，或者替换展示系统中的已有元素，从而实现用户二三维户型的的个性化定制。

对于数据搜索，面对庞大的数据库模型，在成千上万个数据中查找用户需要的数据将是非常费时的事情，用户可以通过基于关键字、图片或三维模型的搜索，从而实现数据的快速查找。

对于数据载入，外部数据库中的户型或建筑物模型可以动态载入二三维虚拟户型建模/展示系统。外部数据库中的纹理或图片可以替换二三维虚拟户型建模/展示系统中模型的纹理。外部数据库中的家居制品可以替换二三维虚拟户型建模/展示系统中的家居制品。外部数据库中的家居制品可以动态添加到二三维虚拟户型建模/展示系统中的户型中去。

2)选取图像格式的二维户型图，在二、三维户型数据库基础上对其进行矢量化，构建二维矢量化的户型图；构建二维矢量化的户型图的方式是交互构建矢量化的二维户型或基于建模元素的户型图自动矢量化。

对于交互构建矢量化的二维户型，用户可以根据自己的需要绘制合适的二维户型图，也可以通过网络上的数据下载户型图图片，根据图片中户型图的数据信息来指导用户绘制出简单美观的二维户型图。绘制过程通过调用建模元素库中的元素实现。建模过程通过鼠标操作为主进行，通过在二维平面图上绘制一些简单线条完成二维矢量化户型图的构建。

对于二维户型图片基础上的户型图自动矢量化，以二三维户型数据库为基础自动识别二维户型图中的建模元素，包括：窗户、门、地板等固定陈设，家电、家具、厨卫、装饰物品等家居制品。构建矢量化的二维户型图。

对二、三维户型数据库中的建模元素进行矢量化的具体实现方式是：

2.1)参见图2，对图像格式的二维户型图进行比例定位：设定比例尺，确定坐标系，确定户型或建筑物的大小；

2.2)参见图3，构建地板：通过图像识别方式识别地板，并自动将户型分割为多个多边形，主要是长方形，通过构建长方形完成地板的建模；

2.3)参见图4，构建门窗：自动识别图像格式的二维户型图中的门、窗户、橱柜以及不可动物品，并完成相应元素的构建；

2.4)参见图5，构建场景：利用连通性关系自动将整个户型分割为多个场景，场景可以随着视点位置的变动动态切换；

2.5)参见图6，摆放家具：交互添加家具、家电等可移动家居制品，实现家居制品的摆放以及属性设置。

3)在二维矢量化户型图的基础上进行三维户型自动建模，其具体实现方式是：通过对已经建立起来的二维矢量化户型图进行拉伸、放样操作实现基本元素的三维建模，通过布尔运算(包括差、交、并)实现三维户型建模。

4)根据二、三维户型数据库中的建模元素对步骤3)已经建立好的三维户型模型进行动态调整，其具体实现方式是：将构建出的三维户型中的各个建模元素由用户通过简单的交互实现位置、尺寸的动态调整。

本发明所提供的基于二维户型图的三维户型建模方法，不仅可以应用于单机系统，当然，还可以应用与互联网环境下，当在一个互联网环境下使用时，本发明是基于浏览器/服务器(BS)模式的；但针对一个局域网环境下的系统，本发明是基于客户端/服务器(CS)模式的。

当本发明用于互联网时：

二、三维虚拟场景建模或展示可以展示由用户交互选择的外部数据；

外部数据库包括：纹理图片；户型/建筑物二维平面图；家居制品的三维模型。论坛系统与数据库/二三维虚拟场景建模/展示系统相关联，根据当前场景不同、当前场景中选择的元素不同可以显示不同的展示结果。

外部数据库中的展示结果可以与二三维虚拟场景建模/展示系统中的模型进行交互，从而替换二三维虚拟场景建模/展示系统中的模型以及纹理等，参见图10，图11。

二三维场景中的家具等模型可以动态的移动，修改大小等属性。二三维场景中的墙、门、窗等可以动态的更换纹理、修改属性参数等。论坛系统主要用于介绍当前展示的场景。二三维虚拟场景建模/展示系统包括：1)步入三维场景并漫游；2)当前用户位置导航；3)模型的真实感显示等功能。参见图7，图8。用户可以在虚拟的三维场景中漫游，全方位立体式的感受三维场景，并可以根据自己的喜好对三维场景及其数据信息进行更换。

三维场景的步入及漫游通过鼠标和键盘以及其他交互设备实现，参见图7。

二三维虚拟场景中包括一个位置导航模块，可以导航当前用户在场景中位置。可以真实的现实三维场景中的模型，包括：1)门窗的自动打开/关闭；2)实现场景的半透明效果；3)超炫的水立方效果；4)在虚拟场景中展示视频，参见图9。

二三维虚拟场景中的三维家具/陈设可以被外部数据库中的模型替换，参见图10。

Claims

1.一种基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述基于二维户型图的三维户型建模方法包括以下步骤：

1）构建由二、三维户型图建模元素构成的数据库；

2）选取图像格式的二维户型图，在二、三维户型数据库基础上对其进行矢量化，构建二维矢量化的户型图，所述图像格式二维户型图的矢量化的具体实现方式是：

2.1）比例定位：设定图像格式的二维户型图的比例尺，确定坐标系，确定户型或建筑物的大小；所述构建比例定位采用交互方式设定比例尺或通过图像识别的方式识别图像中的比例并设定比例尺；

2.2）构建地板：将户型分割为多个多边形，主要是长方形，以构建长方形的形式完成地板的建模；所述构建地板过程采用交互方式构建多边形，进而构建地板；或通过图像识别的方式构建构成地板的多边形，然后自动构建地板；

2.3）构建门窗：添加门、窗户、橱柜以及不可动物品；所述构建门窗通过交互方式构建或通过图像识别方式构建；

2.4）构建场景：采用交互方式或自动识别方式在二维环境下将整个户型分割为多个场景，构建场景时自动推理并构建场景之间的墙；

2.5）摆放家具：在二维环境下交互添加各种家具制品，如家具、家电以及可移动物品的陈设，实现家具制品的摆放以及属性设置；所述摆放家具过程通过交互方式完成，或通过图像识别方式识别图像形式二维户型图中的家居并完成其构建；

3）在矢量化的二维户型图基础上，自动构建三维户型。

2.根据权利要求1所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述基于二维户型图的三维户型建模方法还包括：

4）根据二、三维户型图建模元素数据库中的建模元素对步骤3）已经建立好的三维户型模型进行参数化动态调整。

3.根据权利要求2所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述步骤1）中二、三维户型图建模元素数据库包括系统内建数据库以及外部数据库。

4.根据权利要求3所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述二、三维户型图建模元素数据库的系统内建数据库包括：建筑物建模元素数据库以及家居制品数据库；所述户型图建筑物建模元素数据库中的建模元素包括墙壁、窗户、门、地板、橱柜及不可移动建筑物建模元素；所述家居制品数据库中的建模元素是家电、家具、厨卫用品、装饰物品及可摆放的家居制品。

5.根据权利要求3所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述二、三维户型图建模元素数据库的外部数据库包括纹理或图片库、户型或建筑物库以及家居制品库；所述外部数据库是互联网在线数据库或本机数据库；所述外部数据库中的纹理或图片、家居制品、户型或建筑物均动态载入二三维户型模型中，或动态替换二三维户型模型的相应元素。

6.根据权利要求5所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述二、三维户型建模元素数据库的外部数据库中的纹理或图片库、户型或建筑物库以及家居制品库进行数据上传、数据搜索以及数据载入操作。

7.根据权利要求4或5或6所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述步骤2）中图像格式二维户型图的矢量化采用交互方式构建或自动识别方式构建。

8.根据权利要求7所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述步骤3）的具体实现方式是：通过对已经建立起来的二维矢量化户型图中的建模元素进行拉伸、放样操作实现基本元素的三维建模，通过布尔运算实现三维户型建模。

9.根据权利要求8所述的基于二维户型图的三维户型建模方法，其特征在于：所述步骤3）构建出的三维户型由步骤2.4）构建的多个场景组成，在三维状态下进行建筑物或户型漫游时，根据视点位置动态切换并展示不同的场景。