CN106126838A - 一种徽州建筑智能营造系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种徽州建筑智能营造系统，涉及快速建模领域，其包括高层规则库模块、低层规则库模块、智能向导式建模模块。本发明从领域规则和建筑数据中提取少量高层特征参数化形成基于概率网络的高层参数规则库，从领域规则和测绘数据中提取不同类型建筑组件的物理、几何属性参数化为低层参数规则库，采取逐组件向导式的指导建模，实时向用户推荐当前构建建筑组件的最佳高层参数，自动将用户输入的高层参数生成所有建筑模块的低层参数，完成最终模型的构建；智能化的构建方式能够使得没有任何领域知识的用户实现快速构建合理、真实、高精度的徽州建筑模型，且能实现构建过程的完整重演。
Description
技术领域
本发明涉及快速建模领域，具体是一种徽州建筑智能营造系统。
背景技术
建筑快速建模在古建筑的数字化遗产保护、历史文化推广等领域具有重要的意义.中国古建筑中的徽州建筑是中国传统民居的重要流派之一,其独特的风格与卓越的成就,成为中国建筑历史浓墨重彩的一页,是宝贵的古代文化遗产.徽州建筑具有强烈的建筑风格,无论是使用传统的CAD软件还是建模软件进行建筑建模,不但需要专业的建筑领域知识,而且具有高成本、低效率等问题,并不适用于大规模的快速建模.对于建筑快速建模领域，现有技术存在以下不足：
1、对用户需要较高的领域背景知识或设计相关技能：为控制建筑规模与体量,中国古代建筑构建用料、等级都有严格规定，组件的类型选择、连接方式和构建规则只有建筑领域用户才能够掌握；而基于手绘、草图识别的方法同样要求用户具有较高的手绘技能。模型质量严重依赖于用户专业技术水平，普通用户学习成本太高，所构建模型难以达到合理的质量和效果；
2、使用或交互繁琐、复杂：现有的通用3D建模软件功能虽强但操作和交互复杂繁琐，通常只有美术、设计领域专业用户才能掌握；
3、缺少对建模过程的重演：传统3D建模方式通过手工操作逐步完成模型构建，最后只能保存模型的最终形态，无法展示模型构建的过程以及每个组件的参数设置，以便进行重复构建或动态的修改。
发明内容 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种徽州建筑智能营造系统，所解决的技术问题是：能够通过领域规则和建筑数据提取参数化信息，形成建筑和组件的高层参数库和低层参数库，高层参数库用于推荐系统，指导用户完成向导式的快速建模；低层参数库用于完成计算每个组件的具体物理参数，完成最终的模型构建。模型的构建具有过程化、参数化的特点，可实现动态展示、重复使用、动态修改、规则扩充等优点，且能实现构建过程的完整重演。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：包括高层规则库模块、低层规则库模块、智能向导式建模模块，其中：
所述高层规则库模块从领域规则和建筑数据中提取通俗易懂的高层特征，参数化后形成基于概率网络的高层参数规则库,作为与普通用户快速建模的人机交互接口；
所述低层规则库模块从领域规则和测绘数据中提取不同类型建筑组件的物理、几何属性并分类进行参数化，形成属性之间的生成方法、约束规则的低层参数规则库；
所述智能向导式建模模块采取逐组件向导式的指导建模,实时向用户推荐当前构建建筑组件的最佳高层参数,响应用户确认后，将用户输入的高层参数自动生成所有建筑模块的低层参数，并在模型显示与编辑平台实时显示。
所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：所述高层规则库模块从领域规则和建筑数据中提取不同类型建筑的高层特征,经过人工标定或聚类等方式进行离散化预处理，最终提供给概率网络用于结构学习和参数学习，形成基于概率网络的高层参数规则库。
所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：低层规则库模块中，将模块输入的高层参数转换为组件的物理、几何等低层参数，最终完成模型的构建。
所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：智能向导式建模模块中，当用户在构建每一个建筑组件时，高层规则库模块给用户推荐当前组件的最佳高层参数，且自动过滤掉不符合规则的参数选项，用户可选择其他可选的高层参数选项来替换系统推荐参数，也可不做任何交互而全部使用系统推荐参数。
所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：智能向导式建模模块中，用户确认高层参数的选择后，可即时看到当前组件构建效果，且可通过撤销交互，重新选择当前组件的高层参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
即使是没有任何建筑、设计领域背景知识的用户也可快速完成徽州建筑建模。在需要快速构建大量、多样化的徽州建筑的场景，当前建模软件构建模型效率低、学习成本和对用户要求高的情况下，提供了一种有效快捷且成本低廉的快速建模手段，能够节省大量的人力物力，降低了徽州建筑建模的准入门槛。本发明能够通过学习真实徽州建筑数据生成高层参数库与低层参数库，能够自动通过建筑和组件的高层参数生成所有建筑组件具体的低层参数。同时，本发明所具备的智能向导式建模模块，以向导式的推荐方式逐组件的指导用户完成整个模型的构建，并能够实时看到当前选择组件参数的效果，并提供撤销功能允许用户重新选择组件参数直至满意，使得构建过程简单、快捷，构建完成后可保存所有组件的高层参数，可实现构建过程的重演。
附图说明
图1为本发明中的徽州建筑智能营造系统结构框图。
图2为组件参数计算流程图。
具体实施方式
为使得本发明的技术方案更加清楚、完善，下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为徽州建筑智能营造系统结构框图，如图1所示，一种徽州建筑智能营造系统，包括：
1、模型显示与编辑平台：用于实时显示当前构建的模型状态，以及提供相机视角变换操作、选择操作、纹理材质修改操作等；
2、高层规则库模块：用于从领域规则和建筑数据中提取建筑高层特征,最终提供给概率网络用于结构学习和参数学习，形成高层规则库；
3、低层规则库模块：用于从领域规则和建筑数据中提取建筑低层规则,实现将高层参数转化为具体组件的低层物理参数，形成低层规则库；
4、智能向导式建模模块：用于向导式的交互方式指导用户选择组件高层参数，自动计算组件低层参数，最终完成组件构建。
本发明中的高层规则库模块的数据学习步骤，其具体步骤如下：
步骤一：通过实地测量、测绘数据等方式，获取真实徽派建筑村落建筑群的真实数据；
步骤二：使用人工标定或聚类等方式，将建筑数据中的连续数据类型转换为离散数据类型；
步骤三：结合建筑领域规则，构建高层参数概率网络，其中网络中的每个节点表示一个高层参数，为方便没有建筑领域知识的用户理解，都具备通俗、直观的含义，属性可选集合大小为2到5左右；
步骤四：对于完整数据集，使用计数算法(Counting Algorithm)对概率网络进行参数学习；对于非完整数据，使用共轭梯度下降法(Conjugate Gradient Descent)或最大化期望算法(EM,Expectation Maximization)等方法进行参数学习。
如图2所示，模型参数的计算流程如下：
步骤一：当用户确定当前组件的高层参数后，使用当前组件的高层参数、该组件依赖组件的低层参数来求解低层参数中的类型参数，以确定当前组件所选用的类型；
步骤二：通过当前组件的类型参数、该组件依赖组件的低层参数求解低层参数中的形状参数，以确定该组件的几何大小尺寸；
步骤三：通过当前组件的形状参数、该组件依赖组件的低层参数求解低层参数中的布局参数，以确定该组件的空间布局信息；
步骤四：通过当前组件的布局参数、形状参数、该组件依赖组件的低层参数求解低层参数中的位置参数，以确定该组件的具体空间坐标和朝向；
步骤五：通过当前组件的上述低层参数信息，最终完成当前组件的几何计算、绘制、空间摆放。
本发明智能向导式建模模块的智能推荐步骤如下：
步骤一：用户准备构建下一建筑组件时，通过联合树算法(Junction Tree Algorithm)进行精确推理，或通过吉布斯抽样（Gibb ssampling）进行近似推理，实时为用户推荐当前构建组件的高层参数值；
步骤二：用户可选择修改当前组件的高层参数值，确认参数设置后，即将当前组件的高层参数输入低层规则库，计算该组件的所有低层参数，完成当前组件的构建，并将构建结果显示在模型显示与编辑平台上；
步骤三：用户对当前组件构建结果不满意时，可选择上一步，撤销当前组件的构建，重复步骤一；若用户选择下一步，则进入下一组件构建步骤，进入步骤一；若所有组件构建完毕，进入步骤四；
步骤四：建筑所有组件全部构建完毕，提示用户建筑构建完成。此时可保存所有组件的高层参数，以便重演构建过程；也可导出模型做进一步处理。
Claims (5)
1.一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：包括高层规则库模块、低层规则库模块、智能向导式建模模块，其中：
所述高层规则库模块从领域规则和建筑数据中提取不同类型建筑的少量高层特征，参数化后形成基于概率网络的高层参数规则库，作为与普通用户快速建模的人机交互接口；
所述低层规则库模块从领域规则和测绘数据中提取不同类型建筑组件的物理、几何属性并分类进行参数化，形成属性之间的生成方法、约束规则的低层参数规则库；
所述智能向导式建模模块采取逐组件向导式的指导建模，实时向用户推荐当前构建建筑组件的最佳高层参数，用户确认后，将用户输入的高层参数自动生成所有建筑模块的低层参数，并在模型显示与编辑平台实时显示。
2.根据权利要求1所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：所述高层规则库模块从领域规则和建筑数据中提取通俗易懂的高层特征，经过人工标定或聚类方式进行离散化预处理，最终提供给概率网络用于结构学习和参数学习，形成基于概率网络的高层参数规则库。
3.根据权利要求1所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：所述低层规则库模块中，将模块输入的高层参数转换为组件的物理、几何低层参数，最终完成模型的构建。
4.根据权利要求1所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：所述智能向导式建模模块中，当用户在构建每一个建筑组件时，高层规则库模块给用户推荐当前组件的最佳高层参数，且自动过滤掉不符合规则的参数选项，用户可选择其他可选的高层参数选项来替换系统推荐参数，也可不做任何交互而全部使用系统推荐参数。
5.根据权利要求1所述的一种徽州建筑智能营造系统，其特征在于：所述智能向导式建模模块中，用户确认高层参数的选择后，可即时看到当前组件构建效果，且可通过撤销交互，重新选择当前组件的高层参数。
Priority Applications (1)
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| CN201610499047.6A CN106126838A (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 一种徽州建筑智能营造系统 |
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Publications (1)
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