CN114663629A - 一种楼宇场景建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及楼宇建模，具体涉及一种楼宇场景建模方法，采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类，并将分类后的数据存储至云服务器；建模软件从云服务器调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接；建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，并对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化；采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理；利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，对建筑物整体三维模型进行网格划分；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法快速准确进行楼宇场景建模、不能清晰展示楼宇外部纹理特征的缺陷。

Description

一种楼宇场景建模方法

技术领域

本发明涉及楼宇建模，具体涉及一种楼宇场景建模方法。

背景技术

随着现代城市的飞速发展，越来越多的高楼建筑拔地而起。相关人员需要在高楼建设之前先建立三维模型，比如楼宇三维模型，以及楼宇场景中的每个楼层内的户型三维模型等，以便于在建设过程中进行参考和展示。同时，在高楼建成之后，还需要展示楼宇外观及建筑的每层楼内的户型三维模型，以便于客户对该建筑进行全方位了解。

现有技术中，楼宇场景的建模方法主要分为人工和自动化两种。其中，自动化建模通过图像获取对空间的整体理解，然后采用超文本标记语言HTML编辑浏览器页面中的HTML5画布，采用以3D编程工具ThreeJS形式封装的3D绘图协议WebGL显示建立的三维立体楼宇模型，采用脚本语言JavaScript来控制三维立体楼宇模型的显示效果。

但是，上述两种建模方法中，人工建模虽然具有较高的建模质量，但是建模周期长、成本高；自动化建模通过传统的ThreeJS在前端页面建模，不仅效率低下，并且对操作人员的专业度要求较高。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种楼宇场景建模方法，能够有效克服现有技术所存在的无法快速准确进行楼宇场景建模、不能清晰展示楼宇外部纹理特征的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种楼宇场景建模方法，包括以下步骤：

S1、采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类，并将分类后的数据存储至云服务器；

S2、建模软件从云服务器调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接；

S3、建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，并对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化；

S4、采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理；

S5、利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，对建筑物整体三维模型进行网格划分；

S6、从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，将提取的纹理特征映射至对应网格中。

优选地，S1中采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类，并将分类后的数据存储至云服务器，包括：

对采集到的建筑物数据及环境数据进行图像增强、均值滤波处理，并按照建筑物内部数据、外观数据对建筑物数据进行分类，将环境数据以及分类后的建筑物数据存储至云服务器。

优选地，S2中建模软件从云服务器调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接，包括：

建模人员向建模软件输入所需数据文件，建模软件对云服务器进行数据检索及数据比对，并调用所需数据文件对应的建模数据；

依据建模数据构建筑物三维模型及环境三维模型，确认建筑物所在位置，并将建筑物三维模型拼接至环境三维模型中的对应位置处。

优选地，S3中建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，包括：

按照室内场景数据、室外场景数据对场景信息进行分类，并依据室内场景数据、室外场景数据分别构建室内场景模型、室外场景模型；

确认室内场景模型、室外场景模型所在位置，并将室内场景模型、室外场景模型分别拼接至建筑物三维模型、环境三维模型中的对应位置处。

优选地，S3中对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化，包括：

构建优化器，优化器检测环境三维模型分别与建筑物三维模型、场景模型之间的环境协调系数，并对环境协调系数低于系数阈值的部分进行优化；

优化器检测场景模型与建筑物三维模型之间的场景协调系数，并对场景协调系数低于系数阈值的部分进行优化。

优选地，S4中采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理，包括：

利用无人机在不同高度、不同角度处拍摄得到建筑物外观图像，并记录拍摄时的位置及姿态信息；

对建筑物外观图像进行特征点检测，转换为大地坐标系下的设定尺度。

优选地，S5中利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，包括：

利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像，基于三角解析法完成顶部模型构建，具体包括：

进行2D特征匹配，计算3D点位坐标，形成三维点云数据。

优选地，S6中从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，包括：

按拍摄位置从高到底的顺序对建筑物外观图像进行排序，选取最低拍摄位置处的建筑物外观图像，从中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，并构建与划分网格之间的对应关系。

优选地，S6中将提取的纹理特征映射至对应网格中，包括：

根据纹理特征与划分网格之间的对应关系，将纹理特征映射至对应网格中；

对映射至网格中的纹理特征取平均值，将大于纹理特征平均值的网格角点的纹理特征替换为纹理特征平均值，并对网格内部进行插值处理。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种楼宇场景建模方法，具有以下有益效果：

1)采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类，建模软件调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接，建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，并对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化，从而能够实现对楼宇场景进行快速准确建模的目的；

2)采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理，利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，对建筑物整体三维模型进行网格划分，从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，将提取的纹理特征映射至对应网格中，能够将提取的筑物侧壁及顶部的纹理特征准确映射至建筑物整体三维模型中，使得建模模型能够清晰展示楼宇外部的纹理特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明中构建建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

一种楼宇场景建模方法，如图1和图2所示，①采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类，并将分类后的数据存储至云服务器，具体包括：

对采集到的建筑物数据及环境数据进行图像增强、均值滤波处理，并按照建筑物内部数据、外观数据对建筑物数据进行分类，将环境数据以及分类后的建筑物数据存储至云服务器。

如图1和图2所示，②建模软件从云服务器调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接，具体包括：

建模人员向建模软件输入所需数据文件，建模软件对云服务器进行数据检索及数据比对，并调用所需数据文件对应的建模数据；

依据建模数据构建筑物三维模型及环境三维模型，确认建筑物所在位置，并将建筑物三维模型拼接至环境三维模型中的对应位置处。

如图1和图2所示，③建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，并对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化。

其中，建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，包括：

按照室内场景数据、室外场景数据对场景信息进行分类，并依据室内场景数据、室外场景数据分别构建室内场景模型、室外场景模型；

确认室内场景模型、室外场景模型所在位置，并将室内场景模型、室外场景模型分别拼接至建筑物三维模型、环境三维模型中的对应位置处。

其中，对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化，包括：

构建优化器，优化器检测环境三维模型分别与建筑物三维模型、场景模型之间的环境协调系数，并对环境协调系数低于系数阈值的部分进行优化；

优化器检测场景模型与建筑物三维模型之间的场景协调系数，并对场景协调系数低于系数阈值的部分进行优化。

本申请技术方案中，采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类；建模软件调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接；建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，从而能够实现对楼宇场景进行快速准确建模的目的。

此外，通过构建优化器对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化，能够使得构建出来的模型在环境及场景等方面更加协调，有效提升了模型的真实性及还原性。

如图1所示，④采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理，具体包括：

利用无人机在不同高度、不同角度处拍摄得到建筑物外观图像，并记录拍摄时的位置及姿态信息；

对建筑物外观图像进行特征点检测，转换为大地坐标系下的设定尺度。

如图1所示，⑤利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，对建筑物整体三维模型进行网格划分。

其中，利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，包括：

利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像，基于三角解析法完成顶部模型构建，具体包括：进行2D特征匹配，计算3D点位坐标，形成三维点云数据。

如图1所示，⑥从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，将提取的纹理特征映射至对应网格中。

其中，从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，包括：

按拍摄位置从高到底的顺序对建筑物外观图像进行排序，选取最低拍摄位置处的建筑物外观图像，从中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，并构建与划分网格之间的对应关系。

其中，将提取的纹理特征映射至对应网格中，包括：

根据纹理特征与划分网格之间的对应关系，将纹理特征映射至对应网格中；

对映射至网格中的纹理特征取平均值，将大于纹理特征平均值的网格角点的纹理特征替换为纹理特征平均值，并对网格内部进行插值处理。

本申请技术方案中，采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理；利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，对建筑物整体三维模型进行网格划分；从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，将提取的纹理特征映射至对应网格中，能够将提取的筑物侧壁及顶部的纹理特征准确映射至建筑物整体三维模型中，使得建模模型能够清晰展示楼宇外部的纹理特征。

此外，在将纹理特征映射至对应网格中时，对映射至网格中的纹理特征取平均值，将大于纹理特征平均值的网格角点的纹理特征替换为纹理特征平均值，并对网格内部进行插值处理，通过替换纹理特征、对纹理特征进行插值处理等方法，能够有效提高楼宇外部纹理特征的分辨率，保证建模质量。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种楼宇场景建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类，并将分类后的数据存储至云服务器；

S2、建模软件从云服务器调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接；

S3、建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，并对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化；

S4、采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理；

S5、利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，对建筑物整体三维模型进行网格划分；

S6、从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，将提取的纹理特征映射至对应网格中。

2.根据权利要求1所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S1中采集建筑物数据及环境数据，对采集到的数据进行分类，并将分类后的数据存储至云服务器，包括：

对采集到的建筑物数据及环境数据进行图像增强、均值滤波处理，并按照建筑物内部数据、外观数据对建筑物数据进行分类，将环境数据以及分类后的建筑物数据存储至云服务器。

3.根据权利要求2所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S2中建模软件从云服务器调用相关建模数据，构建建筑物三维模型及环境三维模型，并进行模型拼接，包括：

建模人员向建模软件输入所需数据文件，建模软件对云服务器进行数据检索及数据比对，并调用所需数据文件对应的建模数据；

依据建模数据构建筑物三维模型及环境三维模型，确认建筑物所在位置，并将建筑物三维模型拼接至环境三维模型中的对应位置处。

4.根据权利要求3所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S3中建模软件接收场景信息，完成场景模型构建，包括：

按照室内场景数据、室外场景数据对场景信息进行分类，并依据室内场景数据、室外场景数据分别构建室内场景模型、室外场景模型；

确认室内场景模型、室外场景模型所在位置，并将室内场景模型、室外场景模型分别拼接至建筑物三维模型、环境三维模型中的对应位置处。

5.根据权利要求4所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S3中对建筑物三维模型、环境三维模型、场景模型之间进行细节优化，包括：

构建优化器，优化器检测环境三维模型分别与建筑物三维模型、场景模型之间的环境协调系数，并对环境协调系数低于系数阈值的部分进行优化；

优化器检测场景模型与建筑物三维模型之间的场景协调系数，并对场景协调系数低于系数阈值的部分进行优化。

6.根据权利要求1所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S4中采集不同高度、不同角度拍摄的建筑物外观图像，对建筑物外观图像进行图像预处理，包括：

利用无人机在不同高度、不同角度处拍摄得到建筑物外观图像，并记录拍摄时的位置及姿态信息；

对建筑物外观图像进行特征点检测，转换为大地坐标系下的设定尺度。

7.根据权利要求6所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S5中利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像完成顶部模型构建，包括：

利用覆盖建筑物顶部的建筑物外观图像，基于三角解析法完成顶部模型构建，具体包括：

进行2D特征匹配，计算3D点位坐标，形成三维点云数据。

8.根据权利要求7所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S6中从建筑物外观图像中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，包括：

按拍摄位置从高到底的顺序对建筑物外观图像进行排序，选取最低拍摄位置处的建筑物外观图像，从中提取建筑物侧壁及顶部的纹理特征，并构建与划分网格之间的对应关系。

9.根据权利要求8所述的楼宇场景建模方法，其特征在于：S6中将提取的纹理特征映射至对应网格中，包括：

根据纹理特征与划分网格之间的对应关系，将纹理特征映射至对应网格中；

对映射至网格中的纹理特征取平均值，将大于纹理特征平均值的网格角点的纹理特征替换为纹理特征平均值，并对网格内部进行插值处理。

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