CN113516777A - 一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于建筑物三维建模技术领域,具体为一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,该城市建筑物三维自动建模与可视化方法包括拍摄城市建筑物的鸟瞰图、建设坐标系统、确定尺寸数据、建筑物三维自动建模和城市建筑物三维建模的可视化,本发明通过已有的城市坐标体系和构建出的城市建筑物的地点坐标确定坐标系统,从而可以对建筑物的实际位置进行确定,然后利用建筑物的尺寸边界对建筑物的尺寸数据进行计算,从而确定建筑物的尺寸数据,通过精准的尺寸数据可以使三维自动建模后建筑物的距离及高度存在较高的真实度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑物三维建模技术领域,具体为一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法。
背景技术
城市建筑物三维建模是在二维地理信息基础上制作出的一种三维模型。利用三维的地理信息,可以方便对城市的自然要素和建设要素进行分析,同时也可以方便观察者得到一种真实、直观的虚拟城市环境感受。城市建筑物三维建模的核心内容是以数字化的形式再现三维空间世界及在三维空间中的应用模拟,从而满足各个应用领域的需要。建筑物是城市三维仿真模型中最重要的组成部分,包括房屋、道路、人行天桥、桥梁、隧道、堤坝、公园、绿地、树木等重要地物要素,以及路灯、消火栓、井盖、公交车站等城市附属设施。
三维模型的制作需要投入大量的人力和物力,且其制作周期长,为了节约制作周期,常对一些要求不高或者不重要的建筑物,采用批量建模,然后在建筑物顶端使用高分辨的影像进行贴图来进行纹理制作,在建模时,将高分辨的影像中建筑物之间的距离进行等比放大来确定实际建筑之间的距离及高度,但是由于高分辨的影像拍摄角度的问题,导致等比放大后的距离及高度与实际距离及高度存在着较大的差距。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,以解决上述背景技术中提出的现有的城市建筑物三维自动建模中建筑物的距离及高度存在失真的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,该城市建筑物三维自动建模与可视化方法如下:
步骤一:多角度拍摄城市建筑物的鸟瞰图,然后使用图片识别系统对鸟瞰图中的城市建筑物进行识别;
步骤二:构建城市坐标体系,然后利用光束法空中三角测量确立城市建筑物的地点坐标,并将城市建筑物的地点坐标带入城市坐标体系,从而拼成比例尺统一的坐标系统;
步骤三:利用四叉树结构对不同鸟瞰图中同一建筑物进行检索,然后确立该建筑物尺寸边界,随后根据建筑物的尺寸边界对建筑物的尺寸数据进行计算;
步骤四:利用计算出的数据结合不规则三角网生成算法构建出建筑物的几何模型,然后对几何模型进行颜色渲染及纹理贴图,进而构成三维建筑物模型;
步骤五:将三维建筑物模型按比例尺寸插入坐标系统,然后将其转换为可读取数据,通过数据的读取实现城市建筑物三维建模的可视化。
优选的,所述步骤一中的多角度拍摄包括同角度不同距离拍摄和同距离不同角度拍摄。
优选的,所述步骤二中建立城市建筑物的地点坐标时,先建立不同的鸟瞰图中城市建筑物的位置坐标,当不同的鸟瞰图中获取的同一城市建筑物的位置坐标相同时,该位置坐标即为城市建筑物的地点坐标,当所述步骤二中不同的鸟瞰图中获取同一城市建筑物的位置坐标不相同时,则用该城市建筑物的不同位置坐标的分布密度建立正态分布,选取其中概率大于0.6的位置坐标,然后计算出现概率大于0.6的位置坐标的平均值,该平均值即为城市建筑物的地点坐标。
优选的,利用所述城市建筑物的位置坐标建立正态分布时,分别以同一城市建筑物位置坐标的三维数值去建立三条正态分布函数,计算平均值时的城市建筑物位置坐标的三维数值的出现概率均大于0.6。
优选的,所述步骤四在构建几何模型时,先对建筑物进行判断,当建筑物为重复出现的建筑物时,直接对已构建建筑物的几何模型进行复制生成,然后在将该复制生成的几何模型,移动到其对应的地点坐标上。
优选的,所述步骤四在进行颜色渲染及纹理贴图时,只对建筑物的几何模型的外部轮廓进行装饰,同时通过外部轮廓进行装饰封闭建筑物的内部结构。
优选的,所述三维建筑物模型可进行替换,当建筑物发生修改或需要清晰表达时,也可用新绘制的建筑物模型对旧的进行建筑物模型替代。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过已有的城市坐标体系和构建出的城市建筑物的地点坐标确定坐标系统,从而可以对建筑物的实际位置进行确定,然后利用建筑物的尺寸边界对建筑物的尺寸数据进行计算,从而确定建筑物的尺寸数据,通过精准的尺寸数据可以使三维自动建模后建筑物的距离及高度存在较高的真实度。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例:
请参阅图1,本发明提供一种技术方案:一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,该城市建筑物三维自动建模与可视化方法如下:
步骤一:多角度拍摄城市建筑物的鸟瞰图,拍摄时记录拍摄的位置和角度,然后使用图片识别系统对鸟瞰图中的城市建筑物进行识别,通过识别可以区分出城市建筑物,同时还可以区分城市建筑物的类别;
步骤二:构建城市坐标体系,对城市进行网格化管理,从而便于精准确定建筑物的位置,然后利用光束法空中三角测量确立城市建筑物的地点坐标,并将城市建筑物的地点坐标带入城市坐标体系,从而拼成比例尺统一的坐标系统;
步骤三:利用四叉树结构对不同鸟瞰图中同一建筑物进行检索,然后确立该建筑物尺寸边界,随后根据建筑物的尺寸边界对建筑物的尺寸数据进行计算,通过拍摄的位置距离变化结合三角函数可以计算出建筑物固定尺寸,而多个鸟瞰图可以计算出多组固定尺寸,当拍摄的位置距离出现较小误差时,反应出来的固定尺寸会有较大的偏差,而现有技术中的外控制点参考法可以计算出建筑物的尺寸范围,利用该建筑物的尺寸范围为参考,将计算出多组固定尺寸带入参考范围,在该参考范围内的尺寸即为建筑物的实际;
步骤四:利用计算出的数据结合不规则三角网生成算法构建出建筑物的几何模型,然后对几何模型进行颜色渲染及纹理贴图,进而构成三维建筑物模型;
步骤五:将三维建筑物模型按比例尺寸插入坐标系统,然后将其转换为可读取数据,通过数据的读取实现城市建筑物三维建模的可视化。
步骤一中的多角度拍摄包括同角度不同距离拍摄和同距离不同角度拍摄,同角度变换距离可以方便对建筑物的尺寸进行计算,同距离变换角度可以方便确定建筑物的地点坐标。
步骤二中建立城市建筑物的地点坐标时,先建立不同的鸟瞰图中城市建筑物的位置坐标,当不同的鸟瞰图中获取的同一城市建筑物的位置坐标相同时,该位置坐标即为城市建筑物的地点坐标,当步骤二中不同的鸟瞰图中获取同一城市建筑物的位置坐标不相同时,则用该城市建筑物的不同位置坐标的分布密度建立正态分布,该正态分布以左边出现次数为数学期望,以位置坐标为方差,选取其中概率大于0.6的位置坐标,剔除低概率坐标可以确保地点坐标的精准,然后计算出现概率大于0.6的位置坐标的平均值,该平均值即为城市建筑物的地点坐标。
利用城市建筑物的位置坐标建立正态分布时,分别以同一城市建筑物位置坐标的三维数值去建立三条正态分布函数,城市建筑物位置坐标包括高度坐标以及经纬坐标,计算平均值时的城市建筑物位置坐标的三维数值的出现概率均大于0.6。
步骤四在构建几何模型时,先对建筑物进行判断,当建筑物为重复出现的建筑物时,直接对已构建建筑物的几何模型进行复制生成,然后在将该复制生成的几何模型,移动到其对应的地点坐标上,通过减少模型的重复构建,可以加快模型的构建速度。
步骤四在进行颜色渲染及纹理贴图时,只对建筑物的几何模型的外部轮廓进行装饰,同时通过外部轮廓进行装饰封闭建筑物的内部结构,挡住建筑物的内部结构,可以避免居民的家庭隐私被泄露。
三维建筑物模型可进行替换,当建筑物发生修改或需要清晰表达时,也可用新绘制的建筑物模型对旧的进行建筑物模型替代,从而方便对建筑物模型进行修改。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明;因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,其特征在于:该城市建筑物三维自动建模与可视化方法如下:
步骤一:多角度拍摄城市建筑物的鸟瞰图,然后使用图片识别系统对鸟瞰图中的城市建筑物进行识别;
步骤二:构建城市坐标体系,然后利用光束法空中三角测量确立城市建筑物的地点坐标,并将城市建筑物的地点坐标带入城市坐标体系,从而拼成比例尺统一的坐标系统;
步骤三:利用四叉树结构对不同鸟瞰图中同一建筑物进行检索,然后确立该建筑物尺寸边界,随后根据建筑物的尺寸边界对建筑物的尺寸数据进行计算;
步骤四:利用计算出的数据结合不规则三角网生成算法构建出建筑物的几何模型,然后对几何模型进行颜色渲染及纹理贴图,进而构成三维建筑物模型;
步骤五:将三维建筑物模型按比例尺寸插入坐标系统,然后将其转换为可读取数据,通过数据的读取实现城市建筑物三维建模的可视化。
2.根据权利要求1所述的一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,其特征在于:所述步骤一中的多角度拍摄包括同角度不同距离拍摄和同距离不同角度拍摄。
3.根据权利要求1所述的一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,其特征在于:所述步骤二中建立城市建筑物的地点坐标时,先建立不同的鸟瞰图中城市建筑物的位置坐标,当不同的鸟瞰图中获取的同一城市建筑物的位置坐标相同时,该位置坐标即为城市建筑物的地点坐标,当所述步骤二中不同的鸟瞰图中获取同一城市建筑物的位置坐标不相同时,则用该城市建筑物的不同位置坐标的分布密度建立正态分布,选取其中概率大于0.6的位置坐标,然后计算出现概率大于0.6的位置坐标的平均值,该平均值即为城市建筑物的地点坐标。
4.根据权利要求3所述的一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,其特征在于:利用所述城市建筑物的位置坐标建立正态分布时,分别以同一城市建筑物位置坐标的三维数值去建立三条正态分布函数,计算平均值时的城市建筑物位置坐标的三维数值的出现概率均大于0.6。
5.根据权利要求1所述的一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,其特征在于:所述步骤四在构建几何模型时,先对建筑物进行判断,当建筑物为重复出现的建筑物时,直接对已构建建筑物的几何模型进行复制生成,然后在将该复制生成的几何模型,移动到其对应的地点坐标上。
6.根据权利要求1所述的一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,其特征在于:所述步骤四在进行颜色渲染及纹理贴图时,只对建筑物的几何模型的外部轮廓进行装饰,同时通过外部轮廓进行装饰封闭建筑物的内部结构。
7.根据权利要求1所述的一种城市建筑物三维自动建模与可视化方法,其特征在于:所述三维建筑物模型可进行替换,当建筑物发生修改或需要清晰表达时,也可用新绘制的建筑物模型对旧的进行建筑物模型替代。
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