CN107784171A - 一种空间模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间模型构建方法，首先在待采集数据的建筑空间或物体的必要点处固定红外辐射装置，然后动态采集红外热像图数据以及距离数据，最后将采集到的数据转换为空间模型数据。本发明提供的一种空间模型构建方法，免去繁琐的测量过程，相较于传统的3D建模方法中采用图片识别方式采集照片中关键点的方式确定关键点，再进一步确定各点的位置坐标，大幅降低了算法的复杂程度，处理效率高，出错率低，为设计师们尤其是装修行业的设计师们提供了一个操作简单、易行、数据精准的建模方法,便于后期设计修改和展示。

Description

一种空间模型构建方法

技术领域

本发明涉及一种空间模型构建方法，属于建模技术领域。

背景技术

现有的建模技术通常是通过3D软件(如：AutoCAD、3Dmax等)、3D渲染、云渲染或三维全景混杂现实的方法创建3D模型。

上述的方法和软件都是需要通过固定的有3D设计功能的软件，或将用拍摄设备拍摄到的图像设计中所需要的相关图像数据通过导入傅理叶公式计算后由计算机系统等生成3D模型，或将拍摄的实景场景导入到3D空间作为实景背景模型，再在3D空间内进行二次设计，或利用云技术在3D空间内直接渲染成3D模型。

这些方法和软件都需要有专业的人员去操作，有的需要对整个建筑空间进行实际测量，再将测量数据导入建模软件中处理生成模型，然而测量出来的相关数据可能会因为人为因素、拍摄设备像素低或计算机计算系统误差范围不精确等原因导致最终生成的设计图纸数值偏差过大；有的则是利用拍摄的照片导入软件后进行图像识别处理建模，对软件的识别能力要求很高，处理时间长，当建筑空间内元素复杂，容易出现错误。并且客户只能等设计师设计好了效果图观看、检察、修改不满意的地方，甚至，还要为拥有一套满意的设计方案而向设计师缴纳设计费。这不但令客户尚失了自主性，而且无形当中耗费了大量的人力、物力、资金等资源，还要影响施工的进程，甚至会导致客户与装修施工方不断扯皮。最终，不但可能会因此使得甲乙双方矛盾激化影响工期，还会使最后的实际装修效果与期望值间出现巨大的偏差，从而影响客户的心情。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种空间模型构建方法，免去繁琐的测量过程，为设计师们尤其是装修行业的设计师们提供了一个操作简单、易行、数据精准的建模方法，便于后期设计修改和展示。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种空间模型构建方法，包括以下步骤：

(1)在待采集数据的建筑空间或物体的必要点处，固定红外辐射装置；

(2)采集装置在建筑空间内移动或围绕物体移动，动态采集红外热像图，同时动态获取采集装置到墙体的距离以及采集装置的离地距离，或者动态采集到物体的距离以及采集装置的离地距离；

(3)将采集到的数据转换为空间模型数据。

步骤(1)所述红外辐射装置，采用覆涂有红外辐射涂料的贴片。

步骤(1)所述红外辐射装置包括覆涂低温红外辐射涂料用以发出第一红外波长的第一红外辐射装置，以及覆涂高温红外辐射涂料用以发出第二红外波长的第二红外辐射装置；第一红外辐射装置用于放置在墙体内侧，第二红外辐射装置用于放置在墙体外侧。

步骤(2)中采集装置同时根据红外波长识别各必要点处红外辐射装置的类型。

步骤(1)所述建筑空间的必要点包括墙体的至少3个顶角，窗体的至少3个顶角，以及3个顶角其中一个顶角的外缘顶角，门体的至少3个顶角。

所述物体的必要点包括其各个拐点。

步骤(2)所述采集装置包括用于感应红外辐射装置的红外热像仪、用于测量与墙体的距离的水平测距传感器，以及用于测量至地面高度的垂直测距传感器。

步骤(2)所述采集装置采用具有采集红外热像图、水平测距和垂直测距功能的智能通信设备。

步骤(3)所述将采集到的数据转换为空间模型数据，对于建筑空间，具体包括以下过程：

(3-1)对于每一时刻的数据，根据采集装置到墙体的距离拟合墙体平面数据，根据采集到的离地距离拟合地面平面数据，利用红外热像图确定各必要点至采集装置的距离，再结合墙体平面数据和地面平面数据确定每个必要点的位置坐标；

(3-2)将由不同时刻的数据确定的必要点的位置坐标变换至同一坐标系下；

(3-3)根据必要点的位置坐标确定其所属物体，补足同一物体的顶角坐标并将顶角坐标进行连线，得到空间模型数据。

本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：

(1)本发明空间模型构建方法利用红外辐射装置标注建筑空间内的关键点，并利用红外热像图确定热源至拍摄点的距离，可以再进一步利用较为简单的数学公式计算即可得到每个热源点的位置数据，需要识别的关键点非常少，相较于传统的3D建模方法中采用整体拍照后利用图片识别方式确定关键点、再进一步确定各点的位置坐标的方法，需要处理的数据量呈几何级数减少，大幅降低了算法的复杂程度，处理效率高，出错率低；

(2)本发明空间模型构建方法使用的器材简单，操作简单，省却了传统室内建模需要进行的大量测量和录入工作，大幅降低人员工作量；同时可以在整个采集的过程中由采集装置动态确定离地距离和离墙距离，不用花费精力在如何让装置保持稳定上，自适应能力强，人工参与力度小，进而减少因为测量和录入误操作造成的数据不准确，能够保证建模数据的精确；

(3)本发明空间模型构建方法可以在墙内墙外分别放置两种红外辐射装置，供采集装置识别，墙外放置的红外辐射装置穿透墙体能力更强，减少红外辐射受墙体衰弱的影响，测量更加准确；

(4)本发明空间模型构建方法可以同时结合墙内墙外放置的两种红外辐射装置，进行墙体厚度的测量，方便整体建模，为墙体内走水电提供参考依据；

(5)本发明空间模型构建方法，在得到一个建筑空间的完整的建筑空间模型数据后，便于装修设计师后续设计和进行完整展示，为设计师们尤其是装修行业的设计师们提供了一个操作简单、易行、数据精准的建模方法，更在为多方节省大量的初始投资成本、人工成本和制作成本的同时加强了设计师与客户之间的互动性；

(6)本发明的空间模型构建方法，除了可以对建筑空间进行建模之外，还可以对广义的空间进行建模，例如室外空间中的物体集群，将房屋、树木、地标物体等作为对象进行空间模型的构建。

附图说明

图1是本发明红外辐射装置布置位置示意图。

图中：1-第一红外辐射装置，2-第二红外辐射装置，3-采集装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种空间模型构建方法，包括以下步骤：

(1)在待采集数据的建筑空间或物体的必要点处，固定红外辐射装置；对于建筑空间，必要点包括墙体的至少3个顶角，窗体的至少3个顶角，以及3个顶角其中一个顶角的外缘顶角，门体的至少3个顶角；对于物体，必要点包括其各个拐点。

所述红外辐射装置，采用覆涂有红外辐射涂料的贴片，也可以采用其他释放可被检测到红外波长的红外辐射装置。所述红外辐射装置包括两种，覆涂低温红外辐射涂料用以发出第一红外波长的第一红外辐射装置，以及覆涂高温红外辐射涂料用以发出第二红外波长的第二红外辐射装置，位于墙体内侧放置的红外辐射装置采用第一红外辐射装置，位于墙体外侧放置的红外辐射装置采用第二红外辐射装置。第二红外辐射装置的红外穿透能力可以更强，使得检测更加准确。

以图1所示的建筑空间为例，可以分别在墙壁内侧、窗体内侧和门体的3个顶角粘贴第一红外辐射装置1，在窗体外侧的一个顶角以及外墙拐角处粘贴第二红外辐射装置2，3个顶角即可在后面的建模过程中确定一个四方框，从而尽可能精简红外辐射装置，墙壁内外均粘贴红外辐射装置可以用于确定墙壁厚度。

(2)采集装置在建筑空间内移动或围绕物体移动，动态采集红外热像图，同时动态获取采集装置到墙体的距离以及采集装置的离地距离，或者动态采集到物体的距离以及采集装置的离地距离，还可以同时根据红外波长识别各必要点处红外辐射装置的类型；采集装置包括用于感应红外辐射装置的红外热像仪、用于测量与墙体的距离的水平测距传感器，以及用于测量至地面高度的垂直测距传感器。采集装置可以采用具有采集红外热像图、水平测距和垂直测距功能的智能通信设备。

参照图1，由于采集装置3的采集范围有限，需要进行移动采集，采集装置3可以直接采集离地距离和离墙距离，因此采集装置的位置可以不必过于精确，对于操作人员来说，只需要确保移动完毕后所有必要点都采集过即可，大幅降低了操作难度，确保结果的精确。

(3)将采集到的数据转换为空间模型数据，以建筑空间为例，具体包括以下过程：

(3-1)对于每一时刻的数据，根据采集装置到墙体的距离拟合墙体平面数据，根据采集到的离地距离拟合地面平面数据，利用红外热像图确定各必要点至采集装置的距离；在确定距离的过程中，可以根据两种红外辐射装置的辐射能力分别处理，得到更加精确的距离数据，再结合墙体平面数据和地面平面数据确定每个必要点的位置坐标；

位置坐标的计算可以采用多种数学方式获取，例如，参照图1，以p点为例，由于采集装置3的离地高度h、离墙距离d以及p点到采集装置3的距离l均是已知的，很容易根据离墙距离d拟合出垂直于d的平面，即墙体平面数据，同时可以根据同样的方法拟合出地面平面数据，采集装置3映射在墙面的点o容易得出，进而获取p点与o点的角度，进而获得p点的位置坐标；用同样的方法可以得到其他点的位置坐标；

(3-2)将由不同时刻的数据确定的必要点的位置坐标变换至同一坐标系下；

(3-3)根据必要点的位置坐标确定其所属物体，补足同一物体的顶角坐标并将顶角坐标进行连线，得到空间模型数据。

整个处理方法非常简单，涉及的运算不管是运算量还是复杂度均不复杂，运用由数学、光学、物理等多项基础学科融合的计算机运算程式运算出和建筑或物体相关的各项数据信息，智能设备例如智能手机的cpu完全可以达到运算要求。如果涉及大量建筑空间的同时运算，也可以将测量数据传输至云服务器进行云运算，达到在线多任务处理的目的。

本发明的空间模型构建方法，除了可以对建筑空间进行建模之外，还可以对广义的空间和物体进行建模，例如室外空间中的物体集群，将房屋、树木、地标物体等作为对象进行空间模型的构建，在物体的关键位置粘贴红外辐射装置，来获取物体的空间模型。还可以将红外辐射装置换成磁片、光感片等材料，利用磁感、光感采集和处理的方式，获取空间或物体的结构、明暗程度等数据。

本发明使用的器材简单，操作简单，省却了传统室内建模需要进行的大量测量和录入工作，大幅降低人员工作量，进而减少因为测量和录入误操作造成的数据不准确，能够保证建模数据的精确。最后获取的空间模型数据能够直接提供给装修设计师使用，在其上进行设计，并在此基础上获取三维的设计图，能够全方位进行展示，易于后期与客户的讨论和修改。

Claims (9)

1.一种空间模型构建方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在待采集数据的建筑空间或物体的必要点处，固定红外辐射装置；

(2)采集装置在建筑空间内移动或围绕物体移动，动态采集红外热像图，同时动态获取采集装置到墙体的距离以及采集装置的离地距离，或者动态采集到物体的距离以及采集装置的离地距离；

(3)将采集到的数据转换为空间模型数据。

2.根据权利要求1所述的空间模型构建方法，其特征在于：步骤(1)所述红外辐射装置，采用覆涂有红外辐射涂料的贴片。

3.根据权利要求2所述的空间模型构建方法，其特征在于：步骤(1)所述红外辐射装置包括覆涂低温红外辐射涂料用以发出第一红外波长的第一红外辐射装置，以及覆涂高温红外辐射涂料用以发出第二红外波长的第二红外辐射装置；第一红外辐射装置用于放置在墙体内侧，第二红外辐射装置用于放置在墙体外侧。

4.根据权利要求3所述的空间模型构建方法，其特征在于：步骤(2)中采集装置同时根据红外波长识别各必要点处红外辐射装置的类型。

5.根据权利要求1所述的空间模型构建方法，其特征在于：步骤(1)所述建筑空间的必要点包括墙体的至少3个顶角，窗体的至少3个顶角，以及3个顶角其中一个顶角的外缘顶角，门体的至少3个顶角。

6.根据权利要求1所述的空间模型构建方法，其特征在于：所述物体的必要点包括其各个拐点。

7.根据权利要求1所述的空间模型构建方法，其特征在于：步骤(2)所述采集装置包括用于感应红外辐射装置的红外热像仪、用于测量与墙体的距离的水平测距传感器，以及用于测量至地面高度的垂直测距传感器。

8.根据权利要求1所述的空间模型构建方法，其特征在于：步骤(2)所述采集装置采用具有采集红外热像图、水平测距和垂直测距功能的智能通信设备。

9.根据权利要求1所述的空间模型构建方法，其特征在于：步骤(3)所述将采集到的数据转换为空间模型数据，对于建筑空间，具体包括以下过程：

(3-1)对于每一时刻的数据，根据采集装置到墙体的距离拟合墙体平面数据，根据采集到的离地距离拟合地面平面数据，利用红外热像图确定各必要点至采集装置的距离，再结合墙体平面数据和地面平面数据确定每个必要点的位置坐标；

(3-2)将由不同时刻的数据确定的必要点的位置坐标变换至同一坐标系下；

(3-3)根据必要点的位置坐标确定其所属物体，补足同一物体的顶角坐标并将顶角坐标进行连线，得到空间模型数据。