CN113658336B - 一种三维自动化建模方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种三维自动化建模方法及系统。所述方法包括：根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型；根据所述拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型；根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型。本发明实施例可以提高三维数据的数据质量。
Description
技术领域
本发明涉及三维建模技术领域，特别是一种三维自动化建模方法及系统。
背景技术
随着我国工业化和城市化的快速发展，三维数字城市已经成为一个地区乃至一个城市信息化水平的重要标志。三维数字城市建设综合运用了三维地理信息技术、计算机可视化技术和数据库技术，以城市三维空间数据为载体，充分采集和整合城市规划与建设信息资源，建立面向政府、规划管理部门、建设单位的综合应用管理平台，为城市规划、建设、管理与服务水平的提高和城市的可持续发展提供支撑和保障。但传统人工建模的方式也存在建设周期长，成本高，城市模型不能得到及时更新。
而如何对三维模型建设周期长、成本高、效率低是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种三维自动化建模方法及系统。
本发明的技术解决方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种三维自动化建模方法，包括：
根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型；
根据所述拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型；
根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型。
可选地，所述根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型，包括：
根据所述建筑物的真正射影像数据，计算得到所述建筑物的轮廓线；
将所述轮廓线、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型，并获取由所述自动化建模模型输出的所述建筑物的拟合三维模型。
可选地，所述根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型，包括：
将所述数字线划地图数据、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型；
通过所述自动化建模模型计算所述建筑物的屋顶结构和屋顶坡度，并基于所述屋顶结构和所述屋顶坡度，得到所述建筑物的拟合三维模型；
其中，所述数字线划地图数据包括：建筑轮廓面数据、建筑物屋顶线数据和建筑屋顶点数据。
可选地，所述根据所述第一拟合三维模型、所述第二拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型，包括：
获取与所述建筑物关联的重叠度高于阈值的影像数据；所述影像数据为航空影像数据或倾斜影像数据；
将所述影像数据、真正射影像数据、所述第一拟合三维模型、所述第二拟合三维模型、相机参数和影像信息数据输入至纹理贴图模块；
通过所述纹理贴图模块进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到所述纹理提取后的三维模型。
可选地，所述根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型，包括：
根据所述建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行拉花变形、扭曲的纹理的重新贴图处理；
将提取的纹理和重新贴图的纹理合并为一张纹理贴图，以得到所述建筑物的三维模型。
第二方面，本发明实施例提供了一种三维自动化建模系统，包括：
拟合模型获取模块，用于根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型；
纹理提取模型获取模块，用于根据所述拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型；
三维模型获取模块，用于根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型。
可选地，所述拟合模型获取模块包括：
轮廓线计算单元，用于根据所述建筑物的真正射影像数据，计算得到所述建筑物的轮廓线；
第一拟合模型获取单元，用于将所述轮廓线、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型，并获取由所述自动化建模模型输出的所述建筑物的拟合三维模型。
可选地，所述拟合模型获取模块包括：
数据输入单元，用于将所述数字线划地图数据、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型；
第二拟合模型获取单元，用于通过所述自动化建模模型计算所述建筑物的屋顶结构和屋顶坡度，并基于所述屋顶结构和所述屋顶坡度，得到所述建筑物的拟合三维模型；
其中，所述数字线划地图数据包括：建筑轮廓面数据、建筑物屋顶线数据和建筑屋顶点数据。
可选地，所述纹理提取模型获取模块包括：
影像数据获取单元，用于获取与所述建筑物关联的重叠度高于阈值的影像数据；所述影像数据为航空影像数据或倾斜影像数据；
影像数据输入单元，用于将所述影像数据、真正射影像数据、所述第一拟合三维模型、所述第二拟合三维模型、相机参数和影像信息数据输入至纹理贴图模块；
纹理提取模型获取单元，用于通过所述纹理贴图模块进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到所述纹理提取后的三维模型。
可选地，所述三维模型获取模块包括：
重新贴图处理单元，用于根据所述建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行拉花变形、扭曲的纹理的重新贴图处理；
三维模型获取单元，用于将提取的纹理和重新贴图的纹理合并为一张纹理贴图，以得到所述建筑物的三维模型。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明实施例通过拟合建筑物的三维模型，结合大重叠度的航空影像或倾斜影像，进行模型UV坐标赋予和对应表面纹理的提取，建立模型及纹理数据库编码，结合照片、街景、倾斜影像等数据对提取纹理后的三维模型成果进行人工编辑和优化、纹理合并，提高三维数据的数据质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种三维自动化建模方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种三维自动化建模的系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的一种三维自动化建模流程的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种三维自动化建模系统的结构示意图。
具体实施方式
在本发明实施例中，为了实现对传统三维建模的效率提示，缩短建设周期，减少建设成本，本发明实施例充分利用航空摄影、空三解算和遥感影像视觉分析等先进技术，实现三维自动化建模，为三维数字城市、智慧城市、孪生城市的建设提供自动化、效率高、精度高、成本底软件技术。
接下来结合附图及下述实施例对本发明提供的方案进行详细描述。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种三维自动化建模方法的步骤流程图，如图1所示，该三维自动化建模方法具体可以包括如下步骤：
步骤101：根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型。
在本发明实施例中，首先，可以拟合得到建筑物的拟合三维模型，具体地，可以分为以下两种方式：
1、根据TDOM(True Digital Orthophoto Map，真正射影像)、DSM(数字地表模型，Digital Surface Model)及DEM(数字高程模型，Digital Elevation Model)计算建筑物轮廓并拟合建筑物三维模型
具体地，将TDOM导入轮廓线计算模型，计算后获取建筑物的轮廓线面数据。将轮廓线面数据导入矢量编辑模块，对轮廓进行检查和修正，并添加反映屋顶结构的线、点数据。将建筑物轮廓的面数据、线数据、点数据，结合DSM及DEM数据拟合建筑三维模型。
2、根据DLG(Digital Line Graphic，数字线划地图)数据及DSM、DEM拟合建筑物三维模型
将已有的DLG数据和DOM数据导入矢量编辑模块，对轮廓进行检查和修正，并添加反映屋顶结构的线、点数据。将建筑物轮廓的面数据、线数据、点数据，结合DSM及DEM数据拟合建筑三维模型。
在得到拟合三维模型之后，执行步骤102。
步骤102：根据所述拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型。
在获取到拟合三维模型后，结合下述详细操作实现纹理提取：
通过“相机设置”配置航空摄影使用相机参数，包括相机的焦距、像主点坐标、像元大小、影像宽度、影像高度、畸变参数。通过“影像设置”配置航空影像的POS参数，包括影像名称、X、Y、Z、kapha、omega、phi参数。配置地面平均高度、影像路径、Tdom路径、拟合后的三维模型存放路径之后，进行纹理提取。
在提取纹理后，执行步骤103。
步骤103：根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型。
结合照片、街景、倾斜影像等数据对提取纹理后的三维模型成果进行人工编辑和优化是利用现场实地照片、街景影像、倾斜影像数据针对提取的纹理出现拉花变形、纹理扭曲、模糊不清楚等问题进行编辑和优化。
步骤：加载提取纹理后的三维模型，加载现场实地照片或街景图像或倾斜影像数据，选择发生拉花变形、纹理扭曲、模糊不清楚等问题的模型表面，选择可以替换的照片或图像进行替换。
纹理编辑优化还可以包含：
A1：通过DOM和DEM生成地形文件
A2：导出建模物模型3ds索引信息
纹理合并是指对替换后的纹理和提取后的纹理进行合共，保证重复利用模型表面UV空间。
步骤：将对替换纹理和提取纹理后的三维建筑模型导入纹理合并模块，设置参数后执行纹理合并。
接下来结合图2和图3对本发明实施例的技术方案进行详细描述。
如图2所示，本发明实施例提供的三维自动化建模系统可以包括建筑物轮廓计算模块、矢量编辑模块、纹理贴图模块、纹理编辑模块、构建地形模块、航飞图像索引模块、批量导出3ds索引模块，纹理合并模块。
一、建模物轮廓计算模块
建模物轮廓计算模块，用于通过TDOM提取建筑物轮廓面数据，存储数据类型为SHP文件。
二、矢量编辑模块
在拟合建筑物三维模型之前要对建筑物轮廓数据或已有的DLG数据进行编辑和检查工作，保证拟合后的数据质量。矢量编辑工具用于对建筑物轮廓数据或已有的DLG数据进行添加要素、添加环形、删除环形、分割要素、移动要素、节点工具、简化要素、合共要素、重塑要素、删除要素等操作。
三、纹理贴图模块
纹理贴图模块用于在拟合建筑三维模型之后，通过配置纹理贴图模块的相机设置、影像设置、SHP文件目录、TDOM路径、影像路径、地面高度等参数可以对模型进行纹理提取。输出的数据类型为3DS和BMP
四、纹理编辑模块
纹理编辑模块对自动贴图出来的模型根据需要进行人工编辑，利用街景、拍照、倾斜摄影等影像进行纹理的编辑、替换。模块加载建筑物三维模型3ds文件，加载景、拍照、倾斜摄影等影像文件，业务人员可选择适合的影像或照片进行编辑、左旋、右旋、预览、保存等纹理提取操作。
构建地形子模块
构建地形子模块通过加载DOM和DEM数据进行模型的三维构建。模型数据格式构建为TIN网格格式。
航飞图像索引子模块
航飞图像索引是为了加载航飞图像进而进行纹理替换工作。模块提供相机设置、像片设置、配置读取、刷新等操作
批量导出3ds索引子模块
批量导出3ds索引用于导出建筑物三维模型坐标信息，业务人员需要设置3ds文件路径和保存路径。
(4)纹理合并子模块
纹理合共模块提供对构建后纹理进行纹理合并，充分利用模型UV空间和减少纹理数据量。模块需要设置源模型路径、合并后模型路径、贴图名称前缀、输出图片大小、是否对齐轴到对象等参数设。
实施例二
参照图4，示出了本发明实施例提供的一种三维自动化建模系统的结构示意图，如图4所示，该三维自动化建模系统具体可以包括如下模块：
拟合模型获取模块410，用于根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型；
纹理提取模型获取模块420，用于根据所述拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型；
三维模型获取模块430，用于根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型。
可选地，所述拟合模型获取模块包括：
轮廓线计算单元，用于根据所述建筑物的真正射影像数据，计算得到所述建筑物的轮廓线；
第一拟合模型获取单元，用于将所述轮廓线、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型，并获取由所述自动化建模模型输出的所述建筑物的拟合三维模型。
可选地，所述拟合模型获取模块包括：
数据输入单元，用于将所述数字线划地图数据、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型；
第二拟合模型获取单元，用于通过所述自动化建模模型计算所述建筑物的屋顶结构和屋顶坡度，并基于所述屋顶结构和所述屋顶坡度，得到所述建筑物的拟合三维模型；
其中，所述数字线划地图数据包括：建筑轮廓面数据、建筑物屋顶线数据和建筑屋顶点数据。
可选地，所述纹理提取模型获取模块包括：
影像数据获取单元，用于获取与所述建筑物关联的重叠度高于阈值的影像数据；所述影像数据为航空影像数据或倾斜影像数据；
影像数据输入单元，用于将所述影像数据、真正射影像数据、所述第一拟合三维模型、所述第二拟合三维模型、相机参数和影像信息数据输入至纹理贴图模块；
纹理提取模型获取单元，用于通过所述纹理贴图模块进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到所述纹理提取后的三维模型。
可选地，所述三维模型获取模块包括：
重新贴图处理单元，用于根据所述建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行拉花变形、扭曲的纹理的重新贴图处理；
三维模型获取单元，用于将提取的纹理和重新贴图的纹理合并为一张纹理贴图，以得到所述建筑物的三维模型。
本发明实施例提供的三维自动化建模系统，通过拟合建筑物的三维模型，结合大重叠度的航空影像或倾斜影像，进行模型UV坐标赋予和对应表面纹理的提取，建立模型及纹理数据库编码，结合照片、街景、倾斜影像等数据对提取纹理后的三维模型成果进行人工编辑和优化、纹理合并，提高三维数据的数据质量
本申请所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本申请进行修改或者等同替换；而一切不脱离本申请的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请专利的保护范围中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (2)
1.一种三维自动化建模方法，其特征在于，包括：
根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型；
根据所述拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型；
根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型；
根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的第一拟合三维模型，包括：
根据所述建筑物的真正射影像数据，计算得到所述建筑物的轮廓线；
将所述轮廓线、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型，并获取由所述自动化建模模型输出的所述建筑物的第一拟合三维模型；
根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的第二拟合三维模型，包括：
将所述数字线划地图数据、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型；
通过所述自动化建模模型计算所述建筑物的屋顶结构和屋顶坡度，并基于所述屋顶结构和所述屋顶坡度，得到所述建筑物的第二拟合三维模型；
其中，所述数字线划地图数据包括：建筑轮廓面数据、建筑物屋顶线数据和建筑屋顶点数据；
所述根据所述第一拟合三维模型、所述第二拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型，包括：
获取与所述建筑物关联的重叠度高于阈值的影像数据；所述影像数据为航空影像数据或倾斜影像数据；
将所述影像数据、真正射影像数据、所述第一拟合三维模型、所述第二拟合三维模型、相机参数和影像信息数据输入至纹理贴图模块；
通过所述纹理贴图模块进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到所述纹理提取后的三维模型；
所述根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型，包括：
根据所述建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行拉花变形、扭曲的纹理的重新贴图处理；
将提取的纹理和重新贴图的纹理合并为一张纹理贴图，以得到所述建筑物的三维模型。
2.一种三维自动化建模系统，其特征在于，包括：
拟合模型获取模块，用于根据建筑物的模型参数，拟合得到所述建筑物的拟合三维模型；
纹理提取模型获取模块，用于根据所述拟合三维模型和重叠度大于阈值的影像数据，进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到纹理提取后的三维模型；
三维模型获取模块，用于根据与所述建筑物关联的建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行人工编辑、优化和纹理合并处理，得到所述建筑物的三维模型；
所述拟合模型获取模块包括：
轮廓线计算单元，用于根据所述建筑物的真正射影像数据，计算得到所述建筑物的轮廓线；
第一拟合模型获取单元，用于将所述轮廓线、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型，并获取由所述自动化建模模型输出的所述建筑物的第一拟合三维模型；
所述拟合模型获取模块包括：
数据输入单元，用于将所述数字线划地图数据、数字地表模型数据和数字高程模型数据输入至自动化建模模型；
第二拟合模型获取单元，用于通过所述自动化建模模型计算所述建筑物的屋顶结构和屋顶坡度，并基于所述屋顶结构和所述屋顶坡度，得到所述建筑物的第二拟合三维模型；
其中，所述数字线划地图数据包括：建筑轮廓面数据、建筑物屋顶线数据和建筑屋顶点数据；
所述纹理提取模型获取模块包括：
影像数据获取单元，用于获取与所述建筑物关联的重叠度高于阈值的影像数据；所述影像数据为航空影像数据或倾斜影像数据；
影像数据输入单元，用于将所述影像数据、真正射影像数据、所述第一拟合三维模型、所述第二拟合三维模型、相机参数和影像信息数据输入至纹理贴图模块；
纹理提取模型获取单元，用于通过所述纹理贴图模块进行模型UV坐标赋予和表面纹理提取，得到所述纹理提取后的三维模型；
所述三维模型获取模块包括：
重新贴图处理单元，用于根据所述建筑物图像对所述纹理提取后的三维模型进行拉花变形、扭曲的纹理的重新贴图处理；
三维模型获取单元，用于将提取的纹理和重新贴图的纹理合并为一张纹理贴图，以得到所述建筑物的三维模型。
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