CN108292445A - 提供关于结构的建模的信息的方法、系统和计算机可读记录介质 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个方面，提供了一种用于提供关于结构的建模的信息的方法，该方法包括以下步骤：获取结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据；基于对三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的至少一个共同特征点，匹配三维外部扫描数据和三维内部扫描数据；以及基于三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的匹配状态生成关于结构的建模的信息。

Description

提供关于结构的建模的信息的方法、系统和计算机可读记录 介质
技术领域
本发明涉及用于提供关于结构的建模的信息的方法、系统和计算机可读记录介质。
背景技术
建筑信息建模(BIM)是一种允许结构贯穿其整个生命周期在多维虚拟空间中被建模的技术，其整个生命周期包括其规划、设计、工程(例如，结构化、装饰、电气工作等)、构造、维护和拆除。根据建筑信息建模技术，可以对各种设计元素的具体信息(例如，关于支撑结构的钢梁的可承受载荷的信息、关于结构的热效率的信息等)以及外观进行建模，使得可以设计和构建具有高能效或使用环保型材料的环保型节能结构以及具有复杂构成或特殊设计的前沿结构。
同时，建筑信息建模通常是指但不一定限于建筑的建模，并且根据需要还可以应用于可被建模的任何其它结构(例如，船舶、重型装备、车辆等)。
近年来，人们对用于检查或测量现有结构以获取现有结构的建筑信息建模的数据的技术越来越感兴趣，这些现有结构是在建立建筑信息建模的概念之前已经建立的。这些技术属于逆向工程技术，并且旨在获取和生成可促进旧结构的增强利用的具体和分析数据。
在常规技术中，人们通常亲自拍摄或测量现有结构的每个部分，以便获得结构的建模所需的数据。常规技术不仅需要大量的时间和精力，而且还导致难以保证建模的准确性的问题。
为了解决上述问题，近来已经推出了使用无人飞行器(UAV)或传感器网络来拍摄或扫描结构的每个部分的技术。但是，即使利用常规技术，也需要能够准确且高效地匹配为结构的每个部分收集到的大量数据的技术。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是解决所有上述问题。
本发明的另一个目的是通过以下来准确且高效地构建关于现有结构的建模的信息：获取结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据；相对于对三维外部扫描数据和三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点，匹配三维外部扫描数据和三维内部扫描数据；以及参考三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的匹配状态来生成关于结构的建模的信息。
技术手段
下面描述实现上述目的的本发明的代表性配置。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于提供关于结构的建模的信息的方法，该方法包括以下步骤：获取结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据；相对于对三维外部扫描数据和三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点，匹配三维外部扫描数据和三维内部扫描数据；以及参考三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的匹配状态来生成关于结构的建模的信息。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于提供关于结构的建模的信息的系统，包括：扫描数据处理单元，其被配置为获取结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据，并且相对于对三维外部扫描数据和三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点，匹配三维外部扫描数据和三维内部扫描数据；以及建模信息管理单元，其被配置为参考三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的匹配状态来生成关于结构的建模的信息。
此外，还提供了实施本发明的其它方法和系统，以及具有用于执行所述方法的计算机程序存储于其上的计算机可读记录介质。
技术效果
根据本发明，可以准确且高效地匹配为结构的每个部分收集到的大量扫描数据，使得构建结构的集成扫描数据所需的时间和工作量可以被极大地减少。
根据本发明，也可以利用匹配的扫描数据和上下文信息来准确地识别关于结构的不明显信息。
根据本发明，可以基于关于结构的分析和具体信息来执行缺乏建模数据的现有结构的安全检查或者对于结构的能量效率的模拟。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于提供关于结构的建模的信息的整个系统的配置。
图2说明性地示出了根据本发明的一个实施例的建模系统的内部配置。
图3说明性地示出了根据本发明的一个实施例的作为拍摄结构的结果而收集到的扫描数据。
图4至图6说明性地示出了根据本发明的一个实施例的用于匹配扫描数据的配置。
图7至图9说明性地示出了根据本发明的一个实施例的可相对于特征点进行匹配的三维外部扫描数据和三维内部扫描数据的图像。
<附图标记说明>
100：通信网络
200：建模系统
210：扫描数据处理单元
220：建模信息管理单元
230：模拟执行单元
240：通信单元
250：控制单元
300：扫描设备
400：外部服务器
500：用户终端设备
具体实施方式
在本发明的以下详细描述中，参考了附图，附图以图示的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。足够详细地描述了这些实施例以使得本领域技术人员能够实践本发明。应该理解的是，本发明的各种实施例虽然彼此不同，但不一定是相互排斥的。例如，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，随着从一个实施例到另一个实施例的修改，可以实现将本文描述的具体形状、结构和特性。此外，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，每个公开的实施例中的各个元素的位置或布置也可以被修改。因此，下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且如果适当地描述，本发明的范围仅由所附权利要求及其所有等同物来限制。在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标记指代相同或相似的功能。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例，以使得本领域技术人员能够容易地实现本发明。
整个系统的配置
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于提供关于结构的建模的信息的整个系统的配置。
如图1所示，根据本发明的一个实施例的整个系统可以包括通信网络100、建模系统200、扫描设备300、外部服务器400和用户终端设备500。
首先，根据本发明的一个实施例，通信网络100可以用包含有线和无线通信的通信方案来实现，并且可以被实现为包括移动通信网络的通信网络。更具体而言，本文描述的通信网络100应当被理解为包括例如众所周知的WLAN(无线LAN)、CDMA(码分多址)、WCDMA(宽带码分多址)、GSM(全球移动通信系统)或LTE(长期演进)通信网络。
接下来，根据本发明的一个实施例，建模系统200可以用来通过以下来准确且高效地构建关于现有结构的建模的信息：获取结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据；相对于对三维外部扫描数据和三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点(例如，诸如门和窗户的开口)，匹配三维外部扫描数据和三维内部扫描数据；以及参考三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的匹配状态来生成关于结构的建模的信息。
建模系统200的内部配置将在下面的“建模系统的配置”部分中更详细地讨论。
接下来，根据本发明的一个实施例，扫描设备300可以用来生成结构外部或内部的三维扫描数据，并且具有拍摄装置、LADAR(激光雷达)扫描仪等的无人飞行器(UAV)可以被采用作为根据本发明的扫描设备300。此外，根据本发明的一个实施例，通常由一般用户使用的拍摄设备(例如，便携式相机或设置在智能电话中的相机)也可以被采用作为根据本发明的扫描设备300。根据本发明的一个实施例，扫描设备300可以用作向建模系统200提供关于生成三维扫描数据的位置的信息。
接下来，根据本发明的一个实施例，外部服务器400可以包括能够向建模系统200提供各种信息的各种服务器，这些信息可以在生成(即，估计)关于结构的建模的信息(例如，关于结构或其组件的规范、相关规定等的信息)时被参考。
接下来，根据本发明的一个实施例的用户终端设备500是能够连接到通信网络100并且然后与通信网络100通信的数字装备，并且具有存储器装置和用于计算能力的微处理器的任何类型的便携式数字装备(诸如，智能电话、平板电脑、台式计算机和笔记本计算机)可以被采用作为根据本发明的用户终端设备500。同时，根据本发明的一个实施例的用户终端设备500可以包括用于辅助用户向建模系统200提供三维扫描数据或者从建模系统200接收关于结构的建模的信息或关于模拟执行结果的信息的必要程序，诸如应用、web浏览器和微件。
建模系统的配置
在下文中，将讨论对于实现本发明至关重要的建模系统200的内部配置及其相应组件的功能。
图2说明性地示出了根据本发明的一个实施例的建模系统的内部配置。
参考图2，根据本发明的一个实施例的建模系统200可以包括扫描数据处理单元210、建模信息管理单元220、模拟执行单元230、通信单元240和控制单元250。根据本发明的一个实施例，扫描数据处理单元210、建模信息管理单元220、模拟执行单元230、通信单元240和控制单元250中的至少一些可以是与外部系统(未示出)通信的程序模块。程序模块可以以操作系统、应用程序模块和其它程序模块的形式包含在建模系统200中，同时它们可以物理地存储在各种众所周知的存储设备中。此外，程序模块也可以存储在可与建模系统200通信的远程存储设备中。同时，这样的程序模块可以包括但不限于，例程、子例程、程序、对象、组件、数据结构等，用于执行特定的任务或执行特定的抽象数据类型，如将在下面根据本发明进行描述的。
首先，根据本发明的一个实施例，扫描数据处理单元210可以用作分别获取待被建模的结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据。
根据本发明的一个实施例，结构内部的三维扫描数据可以通过合并作为在结构的内部空间中的多个点中的每个点处拍摄或扫描结构内部的结果而生成的多个部分扫描数据来获得。此外，根据本发明的一个实施例，结构外部的三维扫描数据可以通过合并作为在结构的外部空间中的多个点中的每个点处拍摄或扫描结构外部的结果而生成的多个部分扫描数据来获得。
更具体而言，根据本发明的一个实施例，如上生成的多个部分扫描数据可以包括关于分别生成对应部分扫描数据的位置的附加数据。扫描数据处理单元210或与扫描数据处理单元210通信的另一个组件可以参考关于位置的上述附加数据合并多个部分扫描数据，从而生成单条的三维外部扫描数据或三维内部扫描数据。
例如，上述部分扫描数据可以由UAV中设置的拍摄装置或扫描装置生成，该UAV可以自由地位于三维空间中的任何点处。
图3说明性地示出了根据本发明的一个实施例的作为拍摄结构的结果而收集到的扫描数据。
参考图3，部分扫描数据可以作为通过漂浮在空中的无人飞行器(参见图3(a))中设置的拍摄装置对待被建模的结构外部进行拍摄的结果来获得，并且部分扫描数据可以包括关于生成对应的部分扫描数据的位置的附加数据(即，纬度、经度和高度)(参见图3(b))。
此外，根据本发明的一个实施例，建模信息管理单元220可以用来相对于对三维外部扫描数据和三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点来匹配三维外部扫描数据和三维内部扫描数据。这里，根据本发明的一个实施例，特征点可以包括诸如门、窗户的开口以及通道入口或出口。但是，本文描述的特征点不一定限于上述内容，并且应该注意的是，在结构的三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的共同之处中找到的任何特征点都可以被用作相对于其执行根据本发明的匹配的特征点。
具体而言，根据本发明的一个实施例，建模信息管理单元220可以分别识别出现在三维外部扫描数据中的特征点的形状(例如，门或窗户的边界形状)，以及出现在三维内部扫描数据中的特征点的形状，并且参考识别出的特征点的形状可以找到对三维外部扫描数据和三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点。
因此，根据本发明，从结构的外部和内部单独生成的三维外部扫描数据和三维内部扫描数据可以被集成到一条统一扫描数据中，并且因此可以获得包括外部和内部的整个结构的完整扫描数据。
图4说明性地示出了根据本发明的一个实施例的用于匹配扫描数据的配置。
参考图4(a)至图4(d)，作为对待被建模的结构401的内部进行拍摄或扫描的结果而获得的三维内部扫描数据410可以与作为对结构401的外部进行拍摄或扫描的结果而获得的三维外部扫描数据420相对于它们的公共开口(即，门431和窗户432)进行匹配(或对齐)。
同时，根据本发明的一个实施例，可以假设三维内部扫描数据包括结构内部的第一区域的第一区域扫描数据和结构内部的第二区域(其与第一区域不同)的第二区域扫描数据。在这种情况下，第一区域扫描数据可以通过合并作为在结构内部的第一区域中的多个点中的每个点处进行拍摄或扫描的结果而生成的多个部分扫描数据来获得，并且第二区域扫描数据可以通过合并作为在结构内部的第二区域中的多个点中的每个点处进行拍摄或扫描的结果而生成的多个部分扫描数据来获得。根据本发明的一个实施例，扫描数据处理单元210可以用来相对于对第一区域扫描数据和第二区域扫描数据是共同的至少一个特征点，匹配第一区域扫描数据和第二区域扫描数据，从而完成结构的三维内部扫描数据。
图5说明性地示出了根据本发明的一个实施例的用于匹配扫描数据的配置。
首先，参考图5(a)至图5(c)，作为拍摄或扫描水平布置在待被建模的结构501的内部空间中的第一、第二和第三区域中的每一个的结果而获得的第一区域扫描数据511、第二区域扫描数据512和第三区域扫描数据513可以相对于它们的公共开口(即，门531和532)进行匹配和合并，并且因此可以生成结构501的整个内部空间的三维内部扫描数据510。
接下来，参考图5(d)和图5(e)，针对待被建模的结构501的内部生成的三维内部扫描数据510可以与作为拍摄或扫描结构501的外部的结果而获得的三维外部扫描数据520相对于它们的公共开口(即，门533)进行匹配(或对齐)。
图6说明性地示出了根据本发明的一个实施例的用于匹配扫描数据的配置。
参考图6，作为拍摄或扫描垂直布置在待被建模的结构601的内部空间中的第一区域和第二区域中的每一个的结果而获得的第一区域扫描数据611和第二区域扫描数据612可以相对于它们的公共开口(即，门631和633以及窗户632和634)进行匹配和合并，并且因此可以生成结构601的整个内部空间的三维内部扫描数据。
图7至图9说明性地示出了根据本发明的一个实施例的可以相对于特征点进行匹配的三维外部扫描数据和三维内部扫描数据的图像。
首先，参考图7，可以在作为拍摄或扫描待被建模的结构的外部的结果而生成的三维外部扫描数据中识别开口，诸如窗户用作匹配参考(参见图7中的十字形图标)。
接下来，参考图8和图9，待被建模的结构的三维外部扫描数据和三维内部扫描数据可以相对于作为在结构的三维外部扫描数据和三维内部扫描数据中识别出的特征点的一层窗户(参见图8和图9中的十字形图标)进行匹配。
接下来，根据本发明的一个实施例，建模信息管理单元220可以用于参考三维外部扫描数据和三维内部扫描数据之间的匹配状态来生成(即，估计)关于结构的建模的信息。这里，关于结构的建模的信息可以包括结构的BIM(建筑信息建模)信息。
具体而言，根据本发明的一个实施例，建模信息管理单元220还可以参考关于结构的上下文信息来生成关于结构的建模的信息。这里，上下文信息可以包括关于结构的类型、结构的位置、生成三维外部扫描数据或三维内部扫描数据的位置以及结构的相关规定的信息。但是，根据本发明的上下文信息不一定限于上述内容，并且注意的是，只要可以实现本发明的目的，在生成关于结构的建模的信息时可以参考的任何信息都可以被用作上下文信息。
例如，可以假设生成关于待被建模的建筑的外墙中的绝热厚度的建模信息。
在这种情况下，根据本发明的一个实施例的建模信息管理单元220可以参考建筑的三维内部扫描数据和三维外部扫描数据之间的匹配状态来识别建筑的外墙的厚度为200mm。此外，进一步参考关于建筑的扫描数据已被生成的位置(即，建筑的位置)、根据建筑的位置的节能设计标准的规范等的上下文信息，根据本发明的一个实施例的建模信息管理单元220鉴于规范可以估计位于东面纬度37度15分21.263秒和经度127度16分39.977秒的建筑的200mm厚外墙中的绝热厚度。
接下来，根据本发明的一个实施例，模拟执行单元230可以用于使用由建模信息管理单元220生成的关于结构的建模信息来执行用于结构的安全检查或能量效率限定的各种模拟并提供其结果。
具体而言，根据本发明的一个实施例，模拟执行单元230可以处理由建模信息管理单元220生成的关于结构的建模信息以符合诸如gbXML(绿色建筑XML)的已知格式，以便执行结构的模拟。
接下来，根据本发明的一个实施例的通信单元240可以用于使得建模系统200能够与外部设备通信。
最后，根据本发明的一个实施例的控制单元250可以用于控制扫描数据处理单元210、建模信息管理单元220、模拟执行单元230和通信单元240之间的数据流。即，控制单元250可以控制建模系统的相应组件之间的入站数据流或数据流，使得扫描数据处理单元210、建模信息管理单元220、模拟执行单元230和通信单元240可以分别执行它们的特定功能。
虽然上面主要描述用于生成关于建筑的建模的信息的实施例，但是应该注意的是，本发明不一定限于上述实施例，并且只要可以实现本发明的目的，那么用于生成关于其外部和内部扫描数据可以进行匹配的任何其它结构(例如，船舶、重型装备、车辆等)的建模的信息的实施例也是可能的，而没有限制。
如上所述的根据本发明的实施例可以以可由各种计算机组件执行的并且可以被存储在计算机可读记录介质上的程序指令的形式来实现。计算机可读记录介质可以包括单独或组合的程序指令、数据文件、数据结构等。存储在计算机可读记录介质上的程序指令可以为本发明专门设计和配置，或者也可以是计算机软件领域的技术人员已知和可用的。计算机可读记录介质的示例包括以下：磁介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学介质，诸如光盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能盘(DVD)；磁光介质，诸如软光盘；以及专门配置为存储和执行程序指令的硬件设备，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和闪存。程序指令的示例不仅包括由编译器等创建的机器语言代码，而且还包括可以由计算机使用解释器等执行的高级语言代码。上述硬件设备可以被配置为作为一个或多个软件模块来操作，以执行本发明的过程，反之亦然。
虽然上面已经关于诸如细节元素以及有限的实施例和附图的具体项目描述了本发明，但是它们仅被提供用于帮助对本发明更一般地理解，并且本发明不限于上述实施例。本发明所属领域的技术人员将认识到的是，可以根据以上描述做出各种修改和变化。
因此，本发明的精神将不限于上述实施例，并且所附权利要求及其等同物的整个范围将落入本发明的范围和精神内。

Claims (10)

1.一种用于提供关于结构的建模的信息的方法，所述方法包括以下步骤：
获取结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据；
相对于对所述三维外部扫描数据和所述三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点，匹配所述三维外部扫描数据和所述三维内部扫描数据；以及
参考所述三维外部扫描数据和所述三维内部扫描数据之间的匹配状态生成关于结构的建模的信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过合并作为在多个点中的每个点处拍摄或扫描结构的结果而生成的多个部分扫描数据来获取所述三维外部扫描数据或所述三维内部扫描数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述特征点包括门、窗户和通道入口或出口中的至少一个。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述获取步骤包括以下步骤：
分别获取结构内部的第一区域的第一区域扫描数据和结构内部的第二区域的第二区域扫描数据；以及
相对于对所述第一区域扫描数据和所述第二区域扫描数据是共同的至少一个特征点，匹配所述第一区域扫描数据和所述第二区域扫描数据，从而生成所述三维内部扫描数据。
5.如权利要求1所述的方法，其中关于结构的建模的信息包括结构的建筑信息建模(BIM)信息。
6.如权利要求1所述的方法，其中在所述生成步骤中，进一步参考关于结构的上下文信息来生成关于结构的建模的信息。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述上下文信息包括关于结构的类型、结构的位置、生成所述三维外部扫描数据或所述三维内部扫描数据的位置、以及结构的相关规范或规定中的至少一个的信息。
8.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
参考所生成的关于结构的建模的信息，对结构的至少一个属性执行模拟。
9.一种计算机可读记录介质，其上存储有用于执行如权利要求1-8中任一项所述的方法的计算机程序。
10.一种用于提供关于结构的建模的信息的系统，包括：
扫描数据处理单元，被配置为获取结构外部的三维外部扫描数据和结构内部的三维内部扫描数据，并且相对于对所述三维外部扫描数据和所述三维内部扫描数据是共同的至少一个特征点，匹配所述三维外部扫描数据和所述三维内部扫描数据；以及
建模信息管理单元，被配置为参考所述三维外部扫描数据和所述三维内部扫描数据之间的匹配状态来生成关于结构的建模的信息。
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