CN107092727A - 一种基于cad图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，包括以下步骤：建筑物单楼层空间提取结果的获取；建筑物跨楼层空间标识符号提取；建筑物跨楼层空间连通关系判断；建筑物跨楼层空间的建模。本发明能够直接根据CAD图纸提取建筑物内的跨楼层空间，从而弥补了传统室内空间提取算法对建筑物内的跨楼层空间建模缺失，还能够有效地解决建筑物跨楼层室内空间提取问题，避免了因忽略跨楼层空间而产生的室内空间建模错误，进而提高建筑物室内空间提取的算法准确度和实用性。

Description

一种基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法

技术领域

本发明属于地理信息系统、建筑学以及计算机图形学技术领域，具体涉及一种基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法。

背景技术

建筑物室内空间是现代人类生活、工作和娱乐的主要场所。在数字城市建设、建筑信息化管理、室内环境模拟等领域中，建筑室内空间均是重要的研究对象。现有的建筑物室内空间提取方法大致可以分为基于人工交互的建模方法、基于CAD图纸的建模方法两类。

基于人工交互的建模方法可以构建室内空间的三维实体，如在Revit等基于IFC数据模型的现代建筑设计软件中，虽然有建筑空间的实体，但仍然需要人工确定空间的几何形体，无法实现自动化的空间建模。其空间建模精度与效率取决于建模者的熟悉程度，因此难以大规模推广。

基于CAD图纸的建模方法，可以先通过语义转换、符号理解等方法提取墙、柱、门窗等各类建筑构件信息，建立建筑物三维实体模型。再根据“室内空间是由各类建筑构件围合形成的独立空间”这一基本原理，采用间接推断的方式来确定其边界，从而实现建筑物室内空间的三维建模。Christian Ah-Soon、朱俊芳等在论文中提出了通过识别CAD图纸中构件所围合的环来识别潜在空间，实现了室内空间的识别和几何边界的确定。

然而，现有的室内空间提取方法仅仅考虑了单楼层简单室内情况，从而导致了对于复杂建筑物室内跨楼层空间几何提取错误。并且目前现有技术中，尚没有基于CAD跨楼层空间提取方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，本发明在保证室内空间建模效率的情况下，极大的提高了建筑物室内跨楼层空间几何的正确性，为建筑物室内气流运动、日照分析等应用提供了关键依据。

技术方案：本发明一种基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，依次包括以下步骤：

(1)根据建筑物室内空间提取方法，获取室内单个楼层空间建模结果S＝{S_i,i∈[0,n)}，包括n个单个楼层建筑室内空间集合；

(2)在CAD图纸中，提取各层跨楼层空间标识符号A＝{A_i,i∈[0,m)}，包括m个跨楼层空间标识符号；

(3)室内单楼层空间连通关系的判断：从建筑顶层开始，依次向下遍历建筑物各室内单楼层空间提取结果集合，判断该层建筑室内空间是否具有向下连通关系，即是否包含跨楼层空间标识符号；

(4)跨楼层建筑空间的建模：对跨楼层空间的三维建模，将具有上下连通的两个或多个单楼层室内空间合并，实现了跨楼层建筑空间的真实表达。

进一步的，所述步骤(1)的室内空间提取具体过程为：通过约束网络、样例驱动符号识别等方法，在CAD图纸中提取围合建筑物室内空间的构件，这些起围合作用的建筑构件即为室内空间边界构件；读入室内空间边界构件的二维几何集B＝{B_i,i∈[0,n)}，B_i表示第i个边界构件的几何，n表示边界构件的个数，然后通过边界构件集合B计算室内空间边界构件的并集U；对围合建筑物室内空间的边界构件并集U求凸包C；用凸包C和围合建筑物室内空间的边界构件并集U做布尔差运算，得到相应多边形，该多边形包括边界构件围合的室内空间和边界凸包C覆盖的室外空间；区分并剔除不具有室内空间特性的室外空间多边形，由于室内空间均通过建筑构件围合而成，所以必然不可能与楼层凸包以外的区域直接相接，因此室内空间和室外空间判别的方法即为检测提取出的空间多边形与凸包C边界的相接关系：如果空间多边形与凸包C边界相接，则该空间属于室外空间，剔除该空间；如果空间多边形与凸包C边界相离，则该空间为建筑物室内空间，保存该空间，最终得到所有建筑物室内空间。

进一步的，所述步骤(2)中，将跨楼层空间标识符号的几何表达为两条成一定角度并相接的直线段，两条直线段构成一条多段线，横跨建筑物室内跨楼层空间，表达该空间与下层空间之间直接连通；跨楼层标识符号在CAD图纸的独立图层中，通过图层名称与图元几何的关系，在CAD图纸中得到跨楼层标识符号。

进一步的，所述步骤(3)的具体过程为：从建筑顶层开始，依次向下遍历建筑物各单楼层室内空间提取结果集合，判断该层建筑室内空间是否具有向下连通关系，即是否包含跨楼层空间标识符号；如果空间包含跨楼层空间标识符号，则该空间为向下连通的建筑空间，遍历下一楼层的所有空间，查询与该空间具有最大重叠面的空间，即为向上连通的建筑空间，重复判断步骤，直到第一层楼为止。

有益效果：本发明能够直接根据单楼层室内空间提取结果与CAD图纸跨楼层空间标识符号对室内跨楼层空间进行提取，从而弥补了复杂室内情况对跨楼层空间提取的空缺。另外，本发明还能够有效地解决建筑物三维建模过程中室内跨楼层空间的提取问题，大大增强了室内跨楼层空间几何提取正确率，进而提高建筑物室内空间提取的算法效率。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实施例的输入单楼层建筑室内空间集示意图；

图3为实施例中跨楼层空间连通关系示意图；

图4为实施例中跨楼层空间建模示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如附图1所示，本发明一种基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，依次包括以下步骤：

(1)通过约束网络、样例驱动符号识别等方法，在CAD图纸中提取围合建筑物室内空间的构件，这些起围合作用的建筑构件即为室内空间边界构件；读入室内空间边界构件的二维几何集B＝{B_i,i∈[0,n)}，B_i表示第i个边界构件的几何，n表示边界构件的个数，然后通过边界构件集合B计算室内空间边界构件的并集U；对围合建筑物室内空间的边界构件并集U求凸包C；用凸包C和围合建筑物室内空间的边界构件并集U做布尔差运算，得到相应多边形，该多边形包括边界构件围合的室内空间和边界凸包C覆盖的室外空间；区分并剔除不具有室内空间特性的室外空间多边形，由于室内空间均通过建筑构件围合而成，所以必然不可能与楼层凸包以外的区域直接相接，因此室内空间和室外空间判别的方法即为检测提取出的空间多边形与凸包C边界的相接关系：如果空间多边形与凸包C边界相接，则该空间属于室外空间，剔除该空间；如果空间多边形与凸包C边界相离，则该空间为建筑物室内空间，保存该空间，最终得到所有建筑物室内空间S＝{S_i,i∈[0,n)}，包括n个单个楼层建筑室内空间集合；

(2)在CAD图纸中，提取各层跨楼层空间标识符号A＝{A_i,i∈[0,m)}，包括m个跨楼层空间标识符号；将跨楼层空间标识符号的几何表达为两条成一定角度并相接的直线段，两条直线段构成一条多段线，横跨建筑物室内跨楼层空间，表达该空间与下层空间之间直接连通；跨楼层标识符号在CAD图纸的独立图层中，通过图层名称与图元几何的关系，在CAD图纸中得到跨楼层标识符号；

(3)室内单楼层空间连通关系的判断：从建筑顶层开始，依次向下遍历建筑物各单楼层室内空间提取结果集合，判断该层建筑室内空间是否具有向下连通关系，即是否包含跨楼层空间标识符号；如果空间包含跨楼层空间标识符号，则该空间为向下连通的建筑空间，遍历下一楼层的所有空间，查询与该空间具有最大重叠面的空间，即为向上连通的建筑空间，重复判断步骤，直到第一层楼为止；

(4)跨楼层建筑空间的建模：对跨楼层空间的三维建模，将具有上下连通的两个或多个单楼层室内空间合并，实现了跨楼层建筑空间的真实表达。

实施例：

本实施例的步骤如下：

(1)通过约束网络和样例驱动符号识别等方法，在CAD图纸中提取围合建筑物室内空间的构件，这些起围合作用的建筑构件即为室内空间边界构件；读入室内空间边界构件的二维几何集B＝{B_i,i∈[0,n)}，B_i表示第i个边界构件的几何，n表示边界构件的个数，然后通过边界构件集合B计算室内空间边界构件的并集U；对围合建筑物室内空间的边界构件并集U求凸包C；用凸包C和围合建筑物室内空间的边界构件并集U做布尔差运算，得到相应多边形，该多边形包括边界构件围合的室内空间和边界凸包C覆盖的室外空间；区分并剔除不具有室内空间特性的室外空间多边形，由于室内空间均通过建筑构件围合而成，所以必然不可能与楼层凸包以外的区域直接相接，因此室内空间和室外空间判别的方法即为检测提取出的空间多边形与凸包C边界的相接关系：如果空间多边形与凸包C边界相接，则该空间属于室外空间，剔除该空间；如果空间多边形与凸包C边界相离，则该空间为建筑物室内空间，保存该空间，最终得到建筑物单楼层建筑空间集合S＝{S_i,i∈[0,n)}，包括n个楼层；

本实施例的第一层中的单楼层建筑空间集合为：

N＝{N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7，N8}，括号中的8个建筑空间，其分布如附图2(a)所示。

第二层中的单楼层建筑空间集合为：

N＝{N9，N10，N11，N12，N13，N14，N15，N16}，括号中的8个建筑空间，其分布如附图2(b)所示。

(2)在CAD图纸中，提取各层跨楼层空间标识符号A＝{A_i,i∈[0,m)}，包括m个跨楼层空间标识符号。建筑制图标准中将跨楼层空间标识符号的几何表达为两条成一定角度并相接的直线段。两条直线段构成一条多段线，横跨建筑物室内跨楼层空间，表达该空间与下层空间之间直接连通。跨楼层标识符号在CAD图纸的独立图层中，通过图层名称与图元几何的关系，可以在CAD图纸中得到跨楼层标识符号。

本实例中提取的所有洞符号的集合A＝{A1}，如附图3所示；

(3)单楼层室内空间连通关系的判断。从建筑顶层开始，依次向下遍历建筑物各单楼层室内空间提取结果集合，判断该层建筑室内空间是否具有向下连通关系，即是否包含跨楼层空间标识符号。如果空间包含跨楼层空间标识符号，则该空间为向下连通的建筑空间，遍历下一楼层的所有空间，查询与该空间具有最大重叠面的空间，即为向上连通的建筑空间，重复判断步骤，直到第一层楼为止；

本实例中，N16与A1具有包含关系，因此N16为向下连通空间；N8与N16在垂直投影面中具有最大重叠面，N8为向上连通建筑室内空间，如附图3所示。

(4)跨楼层建筑空间的建模。对跨楼层空间的三维建模，将具有上下连通的两个或多个单楼层建筑空间合并，实现了跨楼层建筑空间的真实表达。

本实例中，第二层中的单楼层建筑室内空间N16与第一层中的N8在空间上是具有上下连通的空间。将N16与N8几何合并，得到正确的跨楼层空间N8。

Claims (4)

1.一种基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

(1)根据建筑物室内空间提取方法，获取室内空间建模结果S＝{S_i,i∈[0,n)}，S_i表示第i层室内空间的集合，n表示建筑物楼层的个数；

(2)在CAD图纸中，提取各层跨楼层空间标识符号A＝{A_i,i∈[0,m)}，A_i表示第i个跨楼层空间标识符号，m表示跨楼层空间标识符号的个数；

(3)室内单楼层空间连通关系的判断：从建筑顶层开始，依次向下遍历建筑物各室内单楼层空间提取结果集合，判断该层建筑室内空间是否具有向下连通关系，即是否包含跨楼层空间标识符号；

(4)跨楼层建筑空间的建模：对跨楼层空间的三维建模，将具有上下连通的两个或多个单楼层室内空间合并，实现了跨楼层建筑空间的真实表达。

2.根据权利要求1所述的基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体过程为：通过约束网络和样例驱动符号识别方法，在CAD图纸中提取围合建筑物室内空间的构件，这些起围合作用的建筑构件即为室内空间边界构件；读入室内空间边界构件的二维几何集B＝{B_i,i∈[0,n)}，B_i表示第i个边界构件的几何，n表示边界构件的个数，然后通过边界构件集合B计算室内空间边界构件的并集U；对围合建筑物室内空间的边界构件并集U求凸包C；用凸包C和围合建筑物室内空间的边界构件并集U做布尔差运算，得到相应多边形，该多边形包括边界构件围合的室内空间和边界凸包C覆盖的室外空间；区分并剔除不具有室内空间特性的室外空间多边形，由于室内空间均通过建筑构件围合而成，所以必然不可能与楼层凸包以外的区域直接相接，因此室内空间和室外空间判别的方法即为检测提取出的空间多边形与凸包C边界的相接关系：如果空间多边形与凸包C边界相接，则该空间属于室外空间，剔除该空间；如果空间多边形与凸包C边界相离，则该空间为建筑物室内空间，保存该空间，最终得到所有建筑物室内空间。

3.根据权利要求1所述的基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将跨楼层空间标识符号的几何表达为两条成一定角度并相接的直线段，两条直线段构成一条多段线，横跨建筑物室内跨楼层空间，表达该空间与下层空间之间直接连通；跨楼层标识符号在CAD图纸的独立图层中，通过图层名称与图元几何的关系，在CAD图纸中得到跨楼层标识符号。

4.根据权利要求1所述的基于CAD图纸的建筑物室内跨楼层空间提取方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体过程为：从建筑顶层开始，依次向下遍历建筑物各单楼层室内空间提取结果集合，判断该层建筑室内空间是否具有向下连通关系，即是否包含跨楼层空间标识符号；如果空间包含跨楼层空间标识符号，则该空间为向下连通的建筑空间，遍历下一楼层的所有空间，查询与该空间具有最大重叠面的空间，即为向上连通的建筑空间，重复判断步骤，直到第一层楼为止。