CN113628330A - 一种有限空间的三维模型构建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有限空间的三维模型的构建方法及系统，本发明实施例构建有限空间的三维模型时，采用了基于有限空间内的点云数据进行线特征提取、基于线特征进行线段集合的拓扑重构及基于有限空间分界的分类方式对线段集合进行有限空间的边界分割的三个步骤后得到处理后的线段集合，基于处理后的线段集合构建该有限空间的三维模型。其中，在进行线特征提取时基于第一最小二乘方式实现，在基于线特征进行线段集合的拓扑重构时根据设置的约束条件采用第二最小二乘方式实现，从而使得提取的线特征及拓扑重构的线段集合精确。这样，本发明实施例就可以精确构建该有限空间的三维模型。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种有限空间的三维模型的构建方法及系统。
背景技术
近年来，构建诸如房间室内等有限空间的三维模型的技术受到越来越多的关注。其中，基于在有限空间内采集的点云数据构建该有限空间的三维模型的技术成为了发展方向。随着三维激光扫描技术的发展，快速且准确地采集有限空间内的点云数据变得越来越容易。在有限空间内采集点云数据时，有两种方式：一种方式为采用三维激光扫描设备采集有限空间内的点云数据，三维激光扫描设备能够在有限空间内进行激光扫描，得到点云数据，其不仅数据采集迅速，而且精度高，可以准确地获取有限空间内的细节信息，最大限度地还原有限空间的现状；另一种方式为在有限空间内采用移动同步定位技术对移动的建图设备进行定位，由建图设备动态获取得到各个定位点的点云数据，汇总后得到有限空间的点云数据，采用这种方式实现更加方便快捷。
点云数据指的是三维坐标系统中的一组向量的集合，该数据是以点的形式记录，每个点包括有三维坐标，有限空间内的所有点云形成有限空间的点云数据。由于有限空间内的点云数据存在数据量大、非结构化及缺乏语义信息等问题，当基于在有限空间内采集的点云数据构建该有限空间的三维模型时，就存在如何从点云数据重建结构完整的三维模型的问题。为了解决这个问题，目前采用的方法为：对有限空间内的点云数据进行线特征提取，采用霍夫变换算法拟合提取的线特征得到线段集合，基于线段集合对有限空间进行几何重构，得到有限空间内的三维模型。其中，在线特征提取时，对有限空间内的点云数据进行平面分割，将分割后的平面投影到二维平面后，通过随机采样一致性算法从二维平面集合中随机采样，获取得到线特征。
采用上述方法存在缺点：在提取线特征时，将有限空间内的点云数据投影成二维平面的边缘噪点严重，导致基于该二维平面提取的线特征不精确，进而导致后续得到的线段集合不精确；在提取线特征时没有约束，无法保证拟合得到的线段集合中线段之间的诸如垂直或平行的拓扑关系。综上，由于提取的线特征不准确，导致后续的拟合线段集合及几何重构时，得到的有限空间内的三维模型不精确。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种有限空间的三维模型的构建方法，该方法能够精确构建该有限空间的三维模型。
本发明实施例还提供一种有限空间的三维模型的构建系统，该系统能够精确构建该有限空间的三维模型。
根据上述目的，本发明实施例是这样实现的：
一种有限空间的三维模型的构建方法，包括：
基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征；
采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合约束，得到约束的线段集合后，基于该约束的线段集合中线段之间的拓扑关系，对线段集合进行重构；
对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合；
根据有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合边界分类后的线段集合，形成有限空间的三维模型。
较佳地，基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征包括：
预设有限空间内的局部区域，对该局部区域内的点云数据进行切片，将切片后的点云数据投射为二维点云数据；
对二维点云数据采用第一最小二乘方式提取得到局部线特征；
对局部线特征，采用区域生长方式进行有限空间全局区域内的生长，获得全局线特征，作为提取得到的线特征。
较佳地，所述第二最小二乘方式为约束最小二乘方式；
所述采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合，得到线段集合包括：
采用约束最小二乘方式对线特征进行拟合，构造全局约束矩阵，所述矩阵表示线段集合中的线段之间的约束关系；
根据全局约束矩阵，采用预设的线段相交判断方式对线段集合中的线段之间的拓扑关系进行确定，基于所确定的拓扑关系对线段集合进行重构。
较佳地，所述对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合包括：
在重构后的线段集合中，设置有限空间分界的缓冲区线段集合；
采用该缓冲区线段集合对重构后的线段集合进行分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界线段集合。
较佳地，所述采用该缓冲区集合对重构后的线段集合进行分割包括：
将该缓冲区集合的中间线段表示边界外线，基于边界外线对重构后的线段集合中的有限空间分界内的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的内边界线段集合，并且基于边界外线对重后的线段集合中的有限空间分界外的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的外边界线段集合。
一种有限空间的三维模型的构建系统，所述系统包括：提取单元、拓扑重构单元、边界分割单元及构建单元，其中，
提取单元，用于基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征；
拓扑重构单元，用于采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合约束，得到约束的线段集合后，基于该约束的线段集合中线段之间的拓扑关系，对线段集合进行重构；
边界分割单元，用于对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合；
构建单元，用于根据有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合边界分类后的线段集合，形成有限空间的三维模型。
较佳地，所述提取单元，还用于预设有限空间内的局部区域，对该局部区域内的点云数据进行切片，将切片后的点云数据投射为二维点云数据；对二维点云数据采用第一最小二乘方式提取得到局部线特征；对局部线特征，采用区域生长方式进行有限空间全局区域内的生长，获得全局线特征，作为提取得到的线特征；
所述拓扑重构单元，还用于所述第二最小二乘方式为约束最小二乘方式；采用约束最小二乘方式对线特征进行拟合，构造全局约束矩阵，所述矩阵表示了线段集合中的线段之间的约束关系；根据全局约束矩阵，采用预设的线段相交判断方式对线段集合中的线段之间的拓扑关系进行确定，基于所确定的拓扑关系对线段集合进行重构。
较佳地，所述边界分割单元，还用于在重构后的线段集合中，设置有限空间分界的缓冲区线段集合；采用该缓冲区线段集合对重构后的线段集合进行分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界线段集合；
所述边界分割单元，还用于在在采用该缓冲区集合对重构后的线段集合进行分割时，包括：将该缓冲区集合的中间线段表示边界外线，基于边界外线对重构后的线段集合中的有限空间分界内的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的内边界线段集合，并且基于边界外线对重后的线段集合中的有限空间分界外的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的外边界线段集合。
一种有限空间的三维模型的构建方法的装置，包括：
存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行上述任一所述的有限空间的三维模型的构建方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一所述的有限空间的三维模型的构建方法。
如上所见，本发明实施例构建有限空间的三维模型时，采用了基于有限空间内的点云数据进行线特征提取、基于线特征进行线段集合的拓扑重构及基于有限空间分界的分类方式对线段集合进行有限空间的边界分割的三个步骤后得到处理后的线段集合，基于处理后的线段集合构建该有限空间的三维模型。其中，在进行线特征提取时基于第一最小二乘方式实现，在基于线特征进行线段集合的拓扑重构时根据设置的约束条件采用第二最小二乘方式实现，从而使得提取的线特征及拓扑重构的线段集合精确。这样，本发明实施例就可以精确构建该有限空间的三维模型。
附图说明
图1为本发明实施例提供的有限空间的三维模型的构建方法流程图；
图2所示的本发明实施例提供的构建房间室内的三维模型的方法过程流程图；
图3为本发明实施例提供的有限空间的三维模型的构建系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
下面以具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
从背景技术可以看出，当基于在有限空间内采集的点云数据构建该有限空间的三维模型时，经过了线特征提取、拟合线段集合及几何重构的三个步骤得到。但是，在线特征提取的过程中，由于有限空间内的点云数据投影成二维平面的边缘噪点严重，导致基于该二维平面提取的线特征不精确；在拟合线段集合过程中，由于对线段集合没有约束，且拟合线段采用简单的霍夫变换算法得到，所以无法保证拟合得到的线段集合中线段之间的拓扑关系。这样，就会使得最终得到的有限空间的三维模型不精确。
为了克服上述问题，本发明实施例对在有限空间内采集的点云数据构建该有限空间的三维模型的过程进行改进，采用了基于有限空间内的点云数据进行线特征提取、基于线特征进行线段集合的拓扑重构及基于有限空间分界的分类方式对线段集合进行有限空间的边界分割的三个步骤后得到处理后的线段集合，基于处理后的线段集合构建该有限空间的三维模型。其中，在进行线特征提取时基于第一最小二乘方式实现，在基于线特征进行线段集合的拓扑重构时根据设置的约束条件采用第二最小二乘方式实现，从而使得提取的线特征及拓扑重构的线段集合精确。
这样，本发明实施例就可以精确构建该有限空间的三维模型。
更进一步地，在构建有限空间的三维模型时采用第三个步骤进行构建时，采用了有限空间分界的分类方式，对线段集合基于有限空间边界进行分割，从而在构建的三维模型中明确有限空间的边界，构造出有限空间的边界线，更加使得构建的有限空间的三维模型精确。
在本发明实施例中，有限空间可以是房间室内空间，有限空间的三维模型构建可以为房间室内的三维模型的构建。在这里，有限空间的结构一般是规则或不规则的立方体结构，诸如弱曼哈顿空间的房间室内，三维模型的研究针对的室内墙体。而对于柱形或球形等复杂的曲面体结构，本发明实施例不涉及。
在本发明实施例中，在提取线特征及后续拟合线段集合时都使用了最小二乘方式，最小二乘方式实际上是一种成熟的数学优化算法，它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘方式可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，常常应用到数据特征获取或线性拟合的应用领域中，且精确度很高。
图1为本发明实施例提供的有限空间的三维模型的构建方法流程图，其具体步骤包括：
步骤101、基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征；
步骤102、采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合约束，得到约束的线段集合后，基于该约束的线段集合中线段之间的拓扑关系，对线段集合进行重构；
步骤103、对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合；
步骤104、根据有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合边界分类后的线段集合，形成有限空间的三维模型。
在该方法中，所述基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征包括：
预设有限空间内的局部区域，对该局部区域内的点云数据进行切片，将切片后的点云数据投射为二维点云数据；
对二维点云数据采用第一最小二乘方式提取得到局部线特征；
对局部线特征，采用区域生长方式进行有限空间全局区域内的生长，获得全局线特征，作为提取得到的线特征。
在这里，有限空间内的局部区域的设置是根据需要设置的，一般设置在有限空间内无遮挡物体的局部区域。
在这里，区域生长方式是一个成熟的方式，其实质就是根据同一物体区域内像素点的相似性质来聚集像素点的方法，从初始区域(如小区域或甚至于每个像素点)开始，将相邻的具有同样性质的像素点或其它区域归并到目前的区域中从而逐步增长区域，直至没有可以归并的点或其它小区域为止。
在该方法中，采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合，得到线段集合包括：
所述第二最小二乘方式为约束最小二乘方式；
采用约束最小二乘方式对线特征进行拟合，构造全局约束矩阵，所述矩阵表示了线段集合中的线段之间的约束关系；
根据全局约束矩阵，采用预设的线段相交判断方式对线段集合中的线段之间的拓扑关系进行确定，基于所确定的拓扑关系对线段集合进行重构。
在这里，构造的全局约束矩阵主要是基于线特征恢复线段集合中各个线段的线性以及各个线段之间的约束关系实现的，具体过程为：将表示线段集合的直线方程转换为矩阵相乘形式的全局约束矩阵，对全局约束矩阵进行奇异值分解(SVD，Singular ValueDecomposition)的求解，得到对应的线段集合的直线方程的参数，完成了线段集合中各个线段之间的约束。
在这里，所述预设的线段相交判断方式为成熟的方式，可以通过表示各个线段的矩阵之间的向量叉乘方式进行判断；也可以采用旋转线段相交判断方式对两两线段中的任一线段进行旋转后，确定两两线段的拓扑关系；这里不限定。
在该方法中，所述对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合包括：
在重构后的线段集合中，设置有限空间分界的缓冲区线段集合；
采用该缓冲区线段集合对重构后的线段集合进行分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界线段集合。
在这里，所述设置有限空间分界的缓冲区线段集合为包括有限空间的边界内沿的线段集合及边界外沿的线段的缓冲区，所述边界内沿的线段集合包括相互平行的至少两条线段，且线段之间的距离值为有限空间的边界厚度值。其中，有限空间的边界厚度值要大于实际的有限空间的边界厚度值，比如设定实际的有限空间的边界厚度值为0.15米，则有限空间的边界厚度值要大于0.15米。这样，通过缓冲区的设置，且通过有限空间的边界厚度值(也就是缓冲区的宽度)的设置，就可以保证所有重构后的线段集合，都可以覆盖到缓冲区。所得到的缓冲区是一个完整的线段框架结构，基于该线段框架结构分割重构后的线段集合，就可以分割得到有限空间的内边界区域及外边界区域。
在这里，采用该缓冲区集合对重构后的线段集合进行分割时，具体包括：将该缓冲区集合的中间线段表示边界外线，基于边界外线对重构后的线段集合中的有限空间分界内的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的内边界线段集合，并且基于边界外线对重后的线段集合中的有限空间分界外的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的外边界线段集合。
以有限空间为房间室内为例，参考图2所示的本发明实施例提供的构建房间室内的三维模型的方法过程示意图，对本发明实施例进行详细说明。
在构建房间室内的三维模型时，分为了三个步骤，包括：第一步骤：提取线特征；第二步骤：对约束的线段集合进行拓扑重构；第三步骤：基于房间室内的边界墙线进行分割。
其中，对于第一步骤的线特征提取时基于由局部区域到整体区域的思想，首先从房间室内的点云数据中提取局部线特征，然后再全局生长得到全局线特征。对于第二步骤的对约束的线段集合进行拓扑重构时是基于约束最小二乘方式的思想对线特征进行约束后，再基于线段之间的相交连接确定线段之间的拓扑关系后重构得到完整的二维线段框架。对于第三步骤的基于房间室内的边界墙线分割则通过构造线段缓冲区区分内外墙线后，构造墙体模型完成。
以下对三个步骤进行详细说明。
步骤一、提取线特征
在本步骤中，主要包括基于第一最小二乘方式进行局部线特征提取及全局区域的局部线特征生长两个步骤。具体过程为：
针对房间室内的点云数据需要截取一定高度的切片用作线特征提取的初始数据，考虑到室内点云数据被遮挡严重，为了更好的提取线特征，这里选择介于门框和天花板之间的切片，可以避开室内各种物体的遮挡。
首先，预设房间室内的介于门框和天花板之间的局部区域；根据该预设的局部区域，对该局部区域内的点云数据进行切片，将切片后的点云数据投射为二维点云数据；
其次，对二维点云数据采用第一最小二乘方式提取得到局部线特征；在这里，将二维点云数据视为全局点云集合，将该全局点云集合划分为一系列局部点集，对局部点集进行第一最小二乘方式拟合得局部线特征；
最后，对局部线特征，采用区域生长方式进行有限空间全局区域内的生长，获得全局线特征，作为提取得到的线特征。
第二步骤：对约束的线段集合进行拓扑重构
由于室内的点云数据的离散性，第一步骤提取的线特征相对于粗糙，不够精确，存在一些问题，如非线性、缺乏平行或垂直关系约束及线段之间缺乏拓扑关系，因此，在本步骤中，采用约束最小二乘方式对线特征进行拟合，构造全局约束矩阵，所述矩阵表示了线段集合中的线段之间的约束关系；根据全局约束矩阵，采用预设的线段相交判断方式对线段集合中的线段之间的拓扑关系进行确定，基于所确定的拓扑关系对线段集合进行重构。构造全局约束矩阵恢复了线段集合中的线段之间的线性以及约束关系，包括：将表示线段集合的直线方程转换为矩阵相乘形式的全局约束矩阵，对全局约束矩阵进行SVD的求解，得到对应的线段集合的直线方程的参数，完成了线段集合中各个线段之间的约束。
第三步骤：基于房间室内的边界墙进行分割。
具体过程包括：在重构后的线段集合中，设置有限空间分界的缓冲区线段集合；
采用该缓冲区线段集合对重构后的线段集合进行分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界线段集合。
在这里，所述设置室内的缓冲区线段集合为包括室内的内墙的线段集合及外墙的线段的缓冲区，所述内墙的线段集合包括相互平行的至少两条线段，且线段之间的距离值为有限空间的边界厚度值。外墙是由一条线段表示，没有对应的平行线段，墙的厚度进自预设，比如设定为0.15米。这样，就得到了完整线框架表示缓冲区域，并根据其中的线段之间的拓扑关系及约束关系，划分了内墙线和外墙线。
在具体划分时，包括：将该缓冲区集合的中间线段表示外墙线，基于外墙线对重构后的线段集合中的墙内的线段集合进行切割，切割后得到内墙线集合，并且基于外墙线对重后的线段集合中的墙外的线段集合进行切割，切割后得到外墙线集合。
图3为本发明实施例提供的有限空间的三维模型的构建系统结构示意图，该系统包括：提取单元、拓扑重构单元、边界分割单元及构建单元，其中，
提取单元，用于基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征；
拓扑重构单元，用于采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合约束，得到约束的线段集合后，基于该约束的线段集合中线段之间的拓扑关系，对线段集合进行重构；
边界分割单元，用于对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合；
构建单元，用于根据有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合边界分类后的线段集合，形成有限空间的三维模型。
在该系统中，所述提取单元，还用于预设有限空间内的局部区域，对该局部区域内的点云数据进行切片，将切片后的点云数据投射为二维点云数据；对二维点云数据采用第一最小二乘方式提取得到局部线特征；对局部线特征，采用区域生长方式进行有限空间全局区域内的生长，获得全局线特征，作为提取得到的线特征。
在该系统中，所述拓扑重构单元，还用于所述第二最小二乘方式为约束最小二乘方式；采用约束最小二乘方式对线特征进行拟合，构造全局约束矩阵，所述矩阵表示了线段集合中的线段之间的约束关系；根据全局约束矩阵，采用预设的线段相交判断方式对线段集合中的线段之间的拓扑关系进行确定，基于所确定的拓扑关系对线段集合进行重构。
在该系统中，所述边界分割单元，还用于在重构后的线段集合中，设置有限空间分界的缓冲区线段集合；采用该缓冲区线段集合对重构后的线段集合进行分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界线段集合。
具体地说，所述边界分割单元，还用于在采用该缓冲区集合对重构后的线段集合进行分割时，包括：将该缓冲区集合的中间线段表示边界外线，基于边界外线对重构后的线段集合中的有限空间分界内的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的内边界线段集合，并且基于边界外线对重后的线段集合中的有限空间分界外的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的外边界线段集合。
从本发明实施例提供的方法及系统可以看出，本发明实施例是基于有限空间的点云数据在有限空间的三维建模方向上的应用，该方法实现基于约束最小二乘方式实现。本发明实施例与背景技术的方案的不同之处在于：本发明实施例提出了局部拟合及全局生长的方式实现线特征的提取；对于线特征，基于约束最小二乘方式构造全局约束矩阵恢复线段之间的垂直平行的约束关系，同时，在拓扑重构过程中采用预设的线段相交判断方式重构拓扑关系。采用上述方式，使得构建的有限空间的三维模型与实际的有限空间的结构相比，更加精确。
本申请实施例还提供一种计算机可读介质，所述计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时可执行如上所述的一种有限空间的三维模型的构建方法的执行步骤。实际应用中，所述的计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的，也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或多个程序被执行时，可以实现上述各实施例描述的所述的一种有限空间的三维模型的构建方法。根据本申请公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件，或者上述的任意合适的组合，但不用于限制本申请保护的范围。在本申请公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
本发明实施例还提供一种电子设备，其中可以集成本申请实施例实现方法的装置。
具体来讲：
该电子设备可以包括一个或一个以上处理核心的处理器、一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。在执行所述存储器的程序时，可以实现上述的一种有限空间的三维模型的构建方法。
具体的，实际应用中，该电子设备还可以包括电源、输入单元、以及输出单元等部件。本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的电子设备的结构并不构成对该电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：
处理器是该电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行服务器的各种功能和处理数据，从而对该电子设备进行整体监控。
存储器可用于存储软件程序以及模块，即上述计算机可读存储介质。处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据服务器的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器还可以包括存储器控制器，以提供处理器对存储器的访问。
该电子设备还包括给各个部件供电的电源，可以通过电源管理系统与处理器逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。
该电子设备还可包括输入单元，该输入单元可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。
该电子设备还可以包括输出单元，该输出单元可以用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及各种图像用户接口，这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成。
本申请附图中的流程图和框图，示出了按照本申请公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或者代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应该注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同附图中所标准的顺序发生。例如，两个连接地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按照相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或者流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本申请中。特别地，在不脱离本申请精神和教导的情况下，本申请的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，所有这些组合和/或结合均落入本申请公开的范围。
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思路，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，可以依据本发明的思路、精神和原则，在具体实施方式及应用范围上进行改变，其所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种有限空间的三维模型的构建方法，其特征在于，包括：
基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征；
采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合约束，得到约束的线段集合后，基于该约束的线段集合中线段之间的拓扑关系，对线段集合进行重构；
对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合；
根据有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合边界分类后的线段集合，形成有限空间的三维模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征包括：
预设有限空间内的局部区域，对该局部区域内的点云数据进行切片，将切片后的点云数据投射为二维点云数据；
对二维点云数据采用第一最小二乘方式提取得到局部线特征；
对局部线特征，采用区域生长方式进行有限空间全局区域内的生长，获得全局线特征，作为提取得到的线特征。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二最小二乘方式为约束最小二乘方式；
所述采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合，得到线段集合包括：
采用约束最小二乘方式对线特征进行拟合，构造全局约束矩阵，所述矩阵表示线段集合中的线段之间的约束关系；
根据全局约束矩阵，采用预设的线段相交判断方式对线段集合中的线段之间的拓扑关系进行确定，基于所确定的拓扑关系对线段集合进行重构。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合包括：
在重构后的线段集合中，设置有限空间分界的缓冲区线段集合；
采用该缓冲区线段集合对重构后的线段集合进行分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界线段集合。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用该缓冲区集合对重构后的线段集合进行分割包括：
将该缓冲区集合的中间线段表示边界外线，基于边界外线对重构后的线段集合中的有限空间分界内的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的内边界线段集合，并且基于边界外线对重后的线段集合中的有限空间分界外的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的外边界线段集合。
6.一种有限空间的三维模型的构建系统，其特征在于，所述系统包括：提取单元、拓扑重构单元、边界分割单元及构建单元，其中，
提取单元，用于基于有限空间内的点云数据，采用第一最小二乘方式提取得到线特征；
拓扑重构单元，用于采用第二最小二乘方式对线特征进行拟合约束，得到约束的线段集合后，基于该约束的线段集合中线段之间的拓扑关系，对线段集合进行重构；
边界分割单元，用于对重构后的线段集合，进行有限空间的边界分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合；
构建单元，用于根据有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界集合边界分类后的线段集合，形成有限空间的三维模型。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述提取单元，还用于预设有限空间内的局部区域，对该局部区域内的点云数据进行切片，将切片后的点云数据投射为二维点云数据；对二维点云数据采用第一最小二乘方式提取得到局部线特征；对局部线特征，采用区域生长方式进行有限空间全局区域内的生长，获得全局线特征，作为提取得到的线特征；
所述拓扑重构单元，还用于所述第二最小二乘方式为约束最小二乘方式；采用约束最小二乘方式对线特征进行拟合，构造全局约束矩阵，所述矩阵表示了线段集合中的线段之间的约束关系；根据全局约束矩阵，采用预设的线段相交判断方式对线段集合中的线段之间的拓扑关系进行确定，基于所确定的拓扑关系对线段集合进行重构。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述边界分割单元，还用于在重构后的线段集合中，设置有限空间分界的缓冲区线段集合；采用该缓冲区线段集合对重构后的线段集合进行分割，得到有限空间的内边界线段集合及有限空间的外边界线段集合；
所述边界分割单元，还用于在在采用该缓冲区集合对重构后的线段集合进行分割时，包括：将该缓冲区集合的中间线段表示边界外线，基于边界外线对重构后的线段集合中的有限空间分界内的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的内边界线段集合，并且基于边界外线对重后的线段集合中的有限空间分界外的线段集合进行切割，切割后得到有限空间的外边界线段集合。
9.一种有限空间的三维模型的构建方法的装置，其特征在于，包括：
存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1～5任一所述的有限空间的三维模型的构建方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1～5任一所述的有限空间的三维模型的构建方法。
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|---|---|
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