CN113987641A - 基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法 - Google Patents

Abstract

基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法。提出了一种基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法；先利用CAD建筑施工图数据，对已有的块实体，线实体实现中心线的提取，并通过提取出来的数据快速构户室体块模型的底面。包括以下步骤：1）、清除重复或压盖的实体；2）、观察并设置当前建筑施工图的户室构面部件的图面精度A和最大宽度M；3）、将块实体部件转换成以其块基点为基准的基准线段，该基准线段的角度为块实体的旋转角度、长度为块实体的宽度+2M；本发明极大的提高了工作效率，降低作业成本。

Description

基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及利用二维建筑施工图自动提取户室体块模型底面的算法。

背景技术

对于户室体块模型单体化建模过程中，通常是利用已有的二维建筑施工图（CAD制图软件形成的dwg格式文件）作为数据基础，将其转化成符合“多维租赁测绘信息采集系统”软件建模标准的数据，再由该软件最终生成三维模型。

二维建筑施工图通常包括墙体、柱、门、窗、阳台等等部件，在处理CAD图时，一般图中的墙体、柱、门、窗等个体部件往往不是一个整体，而是由多个线段构成。这样的CAD图不能符合“多维租赁测绘信息采集系统”软件的要求，需要进行数据标准化。该数据标准化的要求是：一个独立的墙体、柱在CAD图上应该是一个封闭的面，门、窗等构件应该一个块。

数据按照前述要求标准化后，需要根据墙、柱的中心线和门、窗的结构线作为依据，生成建筑物室内产权范围轮廓边界图。

现有技术在标准化数据（是指原始数据门窗对块名已定义固定，墙和柱都是面）或非标准化数据（是指原始数据门、窗块名没有固定，墙和柱实体可以为面和多条线组成）转化为建筑物室内产权范围轮廓边界图时，一般是由人工根据标准化数据或非标准化数据的CAD图手工来完成。工作效率低、工作量大、可靠性低。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法；先利用CAD建筑施工图数据，对已有的块实体，线实体实现中心线的提取，并通过提取出来的数据快速构户室体块模型的底面。

本发明的技术方案是：包括以下步骤：

1）、清除重复或压盖的实体；

2）、观察并设置当前建筑施工图的户室构面部件的图面精度A和最大宽度M；

3）、将块实体部件转换成以其块基点为基准的基准线段，该基准线段的角度为块实体的旋转角度、长度为块实体的宽度+2M；

4）、将块实体生成的线段集合标志其特征，令该线段集合为B；

5）、生成面实体的中心线、其集合为W，所有线段的合集为S = W + B；

6）、合并生成后的线段集合为C；

7）、标记集合C中线段的交点，并在交点处炸碎集合C中的线段，删除悬挂线段，留下的线段集合为H；

8）、利用拓扑构面算法将集合H中的线段构建为户室体块模型的底面。

所述步骤1）中清除的实体主要包含线压盖、面压盖和块重合这三种类型的数据。

所述步骤2）中，设置浮点精度为A，墙体的一般宽度为m，则墙体最大宽度M=m+A。

所述步骤3）中，设置块实体的旋转角度为θ，基点位置为β，以及块实体在旋转角度为零的时候块实体的外包面宽度§；

根据这三个变量生成以β为中点，长度为§+2M，旋转角度为β的基准线段，其中2M表示该基准线段是在块实体外包面宽度线段的两端分别延伸M的距离。

所述步骤5）详细步骤如下：

5.1）、循环遍历面实体的线段集合，以其中一条面实体线段为基准，查找与其平行且距离小于M的平行线段；

5.2）、如果两条平行线段在平行方向上交会，跳转到5.3），否则跳转到5.1）；

5.3）、计算两条平行线段的中心线，其中心线长度为交会的两条线段的始末端距离。

所述步骤6）中，以面实体的中心线集合W中最长的墙线为基准，合并重合集合S中所有与其距离小于M的中心线，其集合为C。

所述步骤7）中，求集合C的所有交点P，并以交点P为基准将线段拆分成若干个线段，并删除多余的悬挂线段，剩下的线段即为户室体块模型的底面构面线，其集合为H。

本发明提出的一种基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取方法，实现了基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取技术方案。该方案通过对基于二维建筑施工图纸上的墙、柱、门和窗等户室构件进行标定线段集合，通过对块实体（门、窗）和面实体（墙、柱）的快速定义抓取，大大减少了原有基于二维建筑施工图的底面人工构图的工作量，然后将经过处理过后的线段集合通过拓扑构面算法形成最终的户室体块模型底面图。

快速构面后只需要少量的修改工作（即合并处理被分割的构面，提取因误差未识别出的实体，使得得出的结果最优化），极大的提高了工作效率，降低作业成本。该发明理论上不需要严格的数据标准，图形层面实现了所见即所得的操作结果，为户室体块模型单体化建模提供了快速构建的基础。

附图说明

图1是本发明中的二维建筑施工图，

图2是本发明中的门、窗线段提取过程示意图，

图3是本发明中的门、窗线段提取结果示意图，

图4是本发明中的墙体中心线示意图，

图5是本发明中的墙体中心线生成步骤一的示意图，

图6是本发明中的墙体中心线生成步骤二的示意图，

图7是本发明中的门、窗线段及墙体中心线合并示意图，

图8是本发明中删除悬挂后的线段示意图，

图9是本发明的步骤流程框图。

图中，1-墙体，11-压盖墙体，2-窗户，3-门，31-重复门，32-门一，33-门二，4-悬挂线段。

具体实施方式

现有技术一般通常根据门线、窗户线、墙体的中心线来制作户室体块模型的底面，但目前市面上没有能高效的自动构建户室体块模型底面的软件，为此本发明根据房屋部件墙体、门、窗户部件数据实现了一个一键式快速构面的算法。下面结合附图1-9详细表述本发明，基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，包括以下步骤：

1）、清除重复或压盖的实体；如图1中所示，原始的二维建筑施工图中，一般的墙体1、门3上面具有重复或压盖的户室构面部件，如一条墙体1上压盖有较小面积的压盖墙体11，门3上具有重叠的重复门31；

步骤1）中，清除的实体主要包含线压盖，面压盖，块重合三种类型的数据，如果不清除压盖数据会在之后的运算中损失效率，导致构面形成过程时间变长。

2）、观察并设置当前建筑施工图户室构面部件（包括墙体1、柱、窗户2、门3等）的图面精度A和最大宽度M；

步骤2）中，设置浮点精度为A，墙体的一般宽度为m，则墙体最大宽度M=m+A。

如图2中所示，m为墙体的一般宽度，设置浮点精度A代表其墙体宽度可以允许的误差容量范围，最大宽度M=m+A。

3）、将块实体（门3、窗户2等）部件转换成以其块基点为基准的基准线段，该基准线段的角度为块实体的旋转角度、长度为块实体的宽度+2M；

步骤3）中，设置块实体的旋转角度为θ，基点位置为β，以及块实体在旋转角度为零的时候块实体的外包面宽度§；

根据这三个变量生成以β为中点，长度为§+2M，旋转角度为β的基准线段，其中2M表示该基准线段是在块实体外包面宽度线段的两端分别延伸M的距离。

如图2所示，在门一32中间的位置取基点β，门一32的宽度为§，以过基点β的§长度门宽线段向两端分别延伸M长度形成门线，门一32的门线则以基点β为基准的旋转角度为零，门二33的门线则以基点β为基准的旋转角度为270°，门线的旋转角度定义为门线绕基点逆时针方向旋转的角度。

4）、将块实体生成的线段集合标志其特征，令该线段集合为B；

如图3所示，将窗户和门生成的线段集合标志，以便使得门、窗户，与后续墙、柱提取的线段进行区分。

5）、生成面实体（墙体、柱部件）的中心线、其集合为W，所有线段的合集为S = W +B；步骤5）详细步骤如下：

5.1）、循环遍历面实体的线段集合，以其中一条面实体线段为基准，查找与其平行且距离小于M的平行线段；

5.2）、如果两条平行线段在平行方向上交会，跳转到5.3），否则跳转到5.1）；

5.3）、计算两条平行线段的中心线，其中心线长度为交会的两条线段的始末端距离（即两条平行线在平行线方向上的最大距离）。

原始二维施工图纸中，一般面实体（墙体、柱部件）轮廓内含有多个繁杂的各向线段，遍历该所有线段，以一条线段为基准，查找与其平行且距离小于M的平行线段，当该平行线段与基准线段有交会的，生成该两条线段的中心线，中心线长度d为Distance(L1)+Distance(L2)-Distance(L3)，如图5所示,其中L3为L1与L2的重叠部分。以此重复，将满足以上条件的平行线的中心线计算出来。

步骤5）中得到的墙体、柱部件的中心线集合W如图4所示。

6）、合并生成后的线段集合为C；

步骤6）中，以面实体的中心线集合W中最长的墙线为基准，合并重合集合S中所有与其距离小于M的中心线，其集合为C。步骤5）生成的多条中心线长度不同，且不一定在同一条直线上；按照建设要求，需要以房屋的最长的墙体为基准，所以计算是必须选出最长的一条墙体中心线，将与其距离小于M的长短不一的中心线合并，形成最终的面实体的中心线。合并示意如图6所示，L3、L4、L5为步骤5）中得到的若干相距距离小M的平行中心线，以最长的墙体中心线L3为基准，合并L3、L4、L5，生成最终的面实体中心线L6。

生成集合为C的线段合集如图7所示。

7）、标记集合C中线段的交点，并在交点处炸碎集合C中的线段，删除悬挂线段，留下线段集合为H；步骤7）中，求集合C的所有交点P，并以交点P为基准将线段拆分成若干个线段，并删除多余的悬挂线段，剩下的线段即为户室体块模型的底面构面线，其集合为H。悬挂线段4如图7所示，为面实体的各中心线相交打断后多出的线段（即该悬挂线段4存在一个或两个端点不与其他的线段相连），删除该悬挂线段4以完成户室体块模型的底面轮廓构建。

集合为H的线段合集如图8所示。

8）、利用拓扑构面算法将H中的线段构建户室体块模型的底面。通过拓扑构面算法将集合H中的线段遍历，构建户室体块模型的底面，拓扑构面算法是本领域技术人员常用的技术，在此不过多赘述。

构面有效性数据评估：

二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法的数据比较如下表，

表1 采集精度对比表 （单位：个）

基底实体类型：即墙或柱的实体类型；

实际基底的数量：目标基底面的数量；

自动化构面的有效数量：通过算法不需要人工参与计算得到的基底面数量；

合并后的有效数量：需要人工较少的干预的合并操作的数量加上自动化构面的有效数量；

对比合并后的有效数量和实际基底的数量之间差值，即本算法无效、需要人工绘制基底面的数量；因算法本身没考虑弧线，从表中可以看出和弧线相关的面都构建失败。

由于该算法对二维施工图的墙、柱实体要求不高，在工程中有些墙柱的中心线是无法相交，所以算法一开始我们将生成的中心线两端都延长了M的距离从而保证墙柱中心线相交，但这个M的延长线也会导致某些区域会生成小的面域，导致本来一个面被分割成两个或者多个，此时得到的即为自动化构面的有效基底数量，该步骤得到的基底实体数量有误差（小于实际数量），这时候需要将这两个或者多个面合并以达到工程的要求，此时得到合并后的有效基底数量，该步骤得到最终最优的结果。

将最终合并后有效数量与实际基底数量对比可知，该算法可以高效的自动化构面，减少人工参与，极大地提高了工作效率。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、清除重复或压盖的实体；

2）、观察并设置当前建筑施工图的户室构面部件的图面精度A和最大宽度M；

3）、将块实体部件转换成以其块基点为基准的基准线段，该基准线段的角度为块实体的旋转角度、长度为块实体的宽度+2M；

4）、将块实体生成的线段集合标志其特征，令该线段集合为B；

5）、生成面实体的中心线、其集合为W，所有线段的合集为S = W + B；

6）、合并生成后的线段集合为C；

7）、标记集合C中线段的交点，并在交点处炸碎集合C中的线段，删除悬挂线段，留下的线段集合为H；

8）、利用拓扑构面算法将集合H中的线段构建为户室体块模型的底面。

2.根据权利要求1所述的基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，其特征在于，所述步骤1）中清除的实体主要包含线压盖、面压盖和块重合这三种类型的数据。

3.根据权利要求1所述的基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，其特征在于，所述步骤2）中，设置浮点精度为A，墙体的一般宽度为m，则墙体最大宽度M=m+A。

4.根据权利要求1所述的基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，其特征在于，所述步骤3）中，设置块实体的旋转角度为θ，基点位置为β，以及块实体在旋转角度为零的时候块实体的外包面宽度§；

根据这三个变量生成以β为中点，长度为§+2M，旋转角度为β的基准线段，其中2M表示该基准线段是在块实体外包面宽度线段的两端分别延伸M的距离。

5.根据权利要求1所述的基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，其特征在于，所述步骤5）详细步骤如下：

5.1）、循环遍历面实体的线段集合，以其中一条面实体线段为基准，查找与其平行且距离小于M的平行线段；

5.2）、如果两条平行线段在平行方向上交会，跳转到5.3），否则跳转到5.1）；

5.3）、计算两条平行线段的中心线，其中心线长度为交会的两条线段的始末端距离。

6.根据权利要求1所述的基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，其特征在于，所述步骤6）中，以面实体的中心线集合W中最长的墙线为基准，合并重合集合S中所有与其距离小于M的中心线，其集合为C。

7.根据权利要求1所述的基于二维建筑施工图的户室体块模型底面自动提取算法，其特征在于，所述步骤7）中，求集合C的所有交点P，并以交点P为基准将线段拆分成若干个线段，并删除多余的悬挂线段，剩下的线段即为户室体块模型的底面构面线，其集合为H。

Images