CN115115795A - 一种建筑物单体化建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建筑物单体化建模方法，包括S1：无人机对建筑物的航空图像采集；S2：利用建筑物航空图像生成建筑物mesh模型；S3：单体建筑物白模模型生成；S4：单体建筑物模型纹理映射、编辑；本发明提供的建筑物单体化建模方法步骤简单，设计合理，通过调节节点参数及少量人工参与就可快速、准确、高效地完成建筑物模型单体化，处理速度是传统手工建模方法的3‑5倍，极大提高了建筑物单体化建模效率。

Description

一种建筑物单体化建模方法

技术领域

本发明涉及测绘地理信息技术领域，尤其涉及一种建筑物单体化建模方法。

背景技术

目前实景三维中国建设正如火如荼地进行，无人机航空摄影具有成本低、机动性高、数据采集快、数据纹理丰富等优点，借助无人机航空摄影测量技术来创建真实世界的三维模型，完成现实场景的数字化，已经成为主要的技术手段。但是无人机航空摄影技术创建的实景三维模型是“一张皮”，不能对模型中的单个建筑或者单个部件进行修饰、整理及属性编辑，不方便数据使用及管理，且模型数据存在缺漏、空洞、蜡熔等问题，难以满足实景三维中国建设的发展需求。

在建筑物、道路及其设施、水系及其设施、市政部件等诸多单体化模型生产中，建筑物单体化是最重要，也是最复杂的一个环节。现有的建筑物模型单体化软件都是基于建筑物实景三维模型进行结构重建，作业效率低下，重建模型的精度较低，因此亟需一种作业效率高效、精度可靠的实景三维建筑模型单体化解决方法来助力实景三维中国的发展。

发明内容

本发明提供一种建筑物单体化建模方法，解决了现有技术作业效率低，重建模型的精度较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的建筑物单体化建模方法，包括以下步骤：

S1：无人机对建筑物的航空图像采集；

所述S1包括S101和S102；

所述S101为设定无人机的飞行参数，其中设定无人机航线的航向重叠度为80％，旁向重叠度为75％，无人机的航拍高度为h，无人机拍照的等间距为L；

S102为用无人机搭载五镜头相机利用倾斜摄影技术对待测量建筑物区域进行采集，获取多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据，并传输至计算机；其中建筑物航空图像为彩色图像，建筑物航空图像的像元大小为8192*5460；

S2：利用建筑物航空图像生成建筑物mesh模型；

所述S2包括S201和S202；

S3：单体建筑物白模模型生成；

所述S3包括S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307和S308；

S4：单体建筑物模型纹理映射、编辑；

所述S4包括S401和S402。

优选的，所述S101中无人机的航拍高度为h，具体获取步骤包括S1011和S1012；

所述S1011为设定地面分辨率为GSD，并获取五镜头相机的镜头焦距为f，五镜头相机的像元大小为α；

所述S1012采用计算机根据公式，得到无人机的航拍高度h；

所述S101中无人机拍照的等间距为L，具体获取步骤包括S1013和S1014；

所述S1013为设定无人机的航向重叠度为α；旁向重叠度为β，并获取航空图像的像元大小为A*B，地面分辨率为GSD；

所述S1014为采用计算机根据公式，得到同一条航线上两张相邻航拍图像的间距L。

优选的，所述S201为采用计算机将多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据导入Context Capture软件中，利用Context Capture软件对多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据进行空三加密，得到建筑物点云数据；

所述S202为采用计算机利用Context Capture软件中“spatial framework”工具，将“Regular planar grid”工具中Tile size设置为50，对建筑物点云数据进行规则化分块，将“spatial reference system”设置为CGCS2000坐标系，将模型的坐标原点设置为规则化分块框架的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)，然后点击Reconstruction，提交生产，得到建筑物mesh模型；其中建筑物mesh模型为obj文件。

优选的，所述S301为采用计算机将上一步得到的规则化分块建筑物mesh模型导入到Houdini软件中，添加transform节点，将规则化分块的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)平移到(0，0，0)位置，完成建筑物mesh模型空间坐标系到模型坐标系的转换；

所述S302为采用计算机在Houdini软件中添加自研工具mesh_to_vox，设置体素基元的分辨率为0.2m，点击process，自动批量完成建筑物mesh模型到体素模型的转换；

所述S303为采用计算机在Houdini软件中利用自研工具mesh_to_vox的save todisk功能将转换好的建筑物体素模型导出为.vox格式的文件。

优选的，所述S304为采用计算机将.vox格式的文件导入到MagicaVoxel软件中，利用MagicaVoxel中的“扩张”和“腐蚀”功能对建筑物体素模型进行预处理，减少体素模型编辑量，利用MagicaVoxel中“增加”和“移除”功能对建筑物体素模型进行块、面、体的操作，快速完成建筑物各个立面主体结构、屋顶平面及附属的平整工作；

所述S305为采用计算机利用MagicaVoxel软件将编辑好的单体建筑物体素模型(.vox)导出为Houdini软件识别且数据量更小的单体建筑物白模模型(.ply)，保证单体建筑物白模模型的结构不被破坏，对模型进行重命名及存盘；

所述S306为采用计算机将编辑好的单体建筑物白模模型(.ply)导入到Houdini软件中，叠加原始建筑物mesh模型对单体建筑物白模模型进行精度及结构检查，采用自研工具revox_edit调节各个节点参数即可完成单体建筑物屋顶及其他附属编辑，快速、准确地构建建筑物单体化白模模型。

优选的，所述S307为采用计算机在Houdini软件中，采用自研工具optimize，点击process，自动批量剔除模型冗余线、面，减少60％左右的数据量；

所述S308为采用计算机在Houdini软件中添加transform节点，设置偏移值为(-X₀，-Y₀，-Z₀)，完成单体建筑物白模模型由模型坐标系到空间坐标系的转换，保证建筑物模型处理前后的位置一致性。

优选的，所述S401为采用计算机在Houdini软件中利用自研工具texture_map，点击process，利用原有的建筑物mesh模型的纹理，自动烘焙到单体建筑物白模模型上，完成单体建筑物模型纹理映射；

所述S402为采用计算机利用modo软件对单体建筑物模型的个别瑕疵区域进行纹理整饰，完成建筑物单体化建模。

与相关技术相比较，本发明提供的建筑物单体化建模方法具有如下有益效果：

1、发明建筑物单体化建模方法改变了现有的建筑物单体化纯手工作业模式，自动完成建筑物mesh模型到体素模型的转换；

2、本发明建筑物单体化建模方法通过对体素基元分辨率的设置，有效控制了建筑物单体模型的编辑误差，相比传统手动作业模式，生产模型的精度更高；

3、本发明建筑物单体化建模方法只需简单的体素编辑及参数调节就可完成单体建筑物模型的构建，降低了作业人员技术门槛，解放了劳动生产力；

4、本发明建筑物单体化建模方法生产的建筑物单体化模型纹理采用自动映射，代替了原有纯手工贴图，大大减少了模型纹理处理时间；

5、本发明建筑物单体化建模方法生产的建筑物单体化模型数据量较小，便于数据应用、存储及管理；

6、本发明方法步骤简单，设计合理，通过调节节点参数及少量人工参与就可快速、准确、高效地完成建筑物模型单体化，处理速度是传统手工建模方法的3-5倍，极大提高了建筑物单体化建模效率。

附图说明

图1为本发明提供的建筑物单体化建模方法的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1，其中，图1为本发明提供的建筑物单体化建模方法的系统示意图。建筑物单体化建模方法，包括以下步骤：

S1：无人机对建筑物的航空图像采集；

S1包括S101和S102；

S101为设定无人机的飞行参数，其中设定无人机航线的航向重叠度为80％，旁向重叠度为75％，无人机的航拍高度为h，无人机拍照的等间距为L；

S102为用无人机搭载五镜头相机利用倾斜摄影技术对待测量建筑物区域进行采集，获取多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据，并传输至计算机；其中建筑物航空图像为彩色图像，建筑物航空图像的像元大小为8192*5460；

S2：利用建筑物航空图像生成建筑物mesh模型；

S2包括S201和S202；

S3：单体建筑物白模模型生成；

S3包括S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307和S308；

S4：单体建筑物模型纹理映射、编辑；

S4包括S401和S402。

优选的，S101中无人机的航拍高度为h，具体获取步骤包括S1011和S1012；

S1011为设定地面分辨率为GSD，并获取五镜头相机的镜头焦距为f，五镜头相机的像元大小为α；

S1012采用计算机根据公式，得到无人机的航拍高度h；

S101中无人机拍照的等间距为L，具体获取步骤包括S1013和S1014；

S1013为设定无人机的航向重叠度为α；旁向重叠度为β，并获取航空图像的像元大小为A*B，地面分辨率为GSD；

S1014为采用计算机根据公式，得到同一条航线上两张相邻航拍图像的间距L。

优选的，S201为采用计算机将多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据导入Context Capture软件中，利用Context Capture软件对多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据进行空三加密，得到建筑物点云数据；

S202为采用计算机利用Context Capture软件中“spatial framework”工具，将“Regular planar grid”工具中Tile size设置为50，对建筑物点云数据进行规则化分块，将“spatial reference system”设置为CGCS2000坐标系，将模型的坐标原点设置为规则化分块框架的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)，然后点击Reconstruction，提交生产，得到建筑物mesh模型；其中建筑物mesh模型为obj文件。

优选的，S301为采用计算机将上一步得到的规则化分块建筑物mesh模型导入到Houdini软件中，添加transform节点，将规则化分块的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)平移到(0，0，0)位置，完成建筑物mesh模型空间坐标系到模型坐标系的转换；

S302为采用计算机在Houdini软件中添加自研工具mesh_to_vox，设置体素基元的分辨率为0.2m，点击process，自动批量完成建筑物mesh模型到体素模型的转换；

S303为采用计算机在Houdini软件中利用自研工具mesh_to_vox的save to disk功能将转换好的建筑物体素模型导出为.vox格式的文件。

优选的，S304为采用计算机将.vox格式的文件导入到MagicaVoxel软件中，利用MagicaVoxel中的“扩张”和“腐蚀”功能对建筑物体素模型进行预处理，减少体素模型编辑量，利用MagicaVoxel中“增加”和“移除”功能对建筑物体素模型进行块、面、体的操作，快速完成建筑物各个立面主体结构、屋顶平面及附属的平整工作；

S305为采用计算机利用MagicaVoxel软件将编辑好的单体建筑物体素模型(.vox)导出为Houdini软件识别且数据量更小的单体建筑物白模模型(.ply)，保证单体建筑物白模模型的结构不被破坏，对模型进行重命名及存盘；

S306为采用计算机将编辑好的单体建筑物白模模型(.ply)导入到Houdini软件中，叠加原始建筑物mesh模型对单体建筑物白模模型进行精度及结构检查，采用自研工具revox_edit调节各个节点参数即可完成单体建筑物屋顶及其他附属编辑，快速、准确地构建建筑物单体化白模模型。

优选的，考虑到建筑物单体化白模模型的数据量及使用平台加载问题，S307为采用计算机在Houdini软件中，采用自研工具optimize，点击process，自动批量剔除模型冗余线、面，减少60％左右的数据量，有效解决了平台因数据量太大卡顿问题，同时释放了电脑的存储压力；

S308为采用计算机在Houdini软件中添加transform节点，设置偏移值为(-X₀，-Y₀，-Z₀)，完成单体建筑物白模模型由模型坐标系到空间坐标系的转换，保证建筑物模型处理前后的位置一致性。

优选的，S401为采用计算机在Houdini软件中利用自研工具texture_map，点击process，利用原有的建筑物mesh模型的纹理，自动烘焙到单体建筑物白模模型上，完成单体建筑物模型纹理映射；

S402为采用计算机利用modo软件对单体建筑物模型的个别瑕疵区域进行纹理整饰，完成建筑物单体化建模。

本发明提供的建筑物单体化建模方法的操作流程如下：

第一步：采用多旋翼无人搭载五镜头相机，对测区内多个建筑物进行航空图像采集，其中，相机焦距为35mm，像幅大小为8192*5460，像元大小为4.14um，地面分辨率为1.8cm，无人机航线的航向重叠度为80％，旁向重叠度为75％，相对飞行高度152m，相邻图像的间距为20m。

第二步：采用计算机将获得的多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据导入Context Capture软件中，利用Context Capture软件对多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据进行空三加密，得到建筑物点云数据。利用Context Capture软件中“spatial framework”工具，将“Regular planar grid”工具中Tile size设置为50，对建筑物点云数据进行规则化分块，将“spatial reference system”设置为CGCS2000坐标系，将模型的坐标原点设置为规则化分块框架的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)，然后点击Reconstruction，提交生产，得到建筑物mesh模型，其中，建筑物mesh模型为obj文件。

第三步：采用计算机将规则化分块建筑物mesh模型导入到Houdini软件中，添加transform节点，将规则化分块的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)平移到(0，0，0)位置，完成建筑物mesh模型空间坐标系到模型坐标系的转换。在Houdini软件中添加自研工具mesh_to_vox，设置体素基元的分辨率Resolution为0.2m，点击process，自动批量完成建筑物mesh模型到体素模型的转换，点击save to disk按钮将转换好的建筑物体素模型导出为.vox格式的文件，便于在MagicaVoxel软件中编辑。

第四步：采用计算机将.vox格式的文件导入到MagicaVoxel软件中，利用MagicaVoxel中的“扩张”和“腐蚀”功能对建筑物体素模型进行预处理，减少体素模型编辑量，利用MagicaVoxel中“增加”和“移除”功能对建筑物体素模型进行块、面、体的操作，快速完成建筑物各个立面主体结构、屋顶平面及附属的平整工作，将编辑好的单体建筑物体素模型(.vox)导出为数据量更小的(.ply)格式，保证单体建筑物体素模型的结构不被破坏，并对模型进行重命名。

第五步：采用计算机在Houdini软件中叠加原始建筑物mesh模型对体素模型进行精度及结构检查，通过调节自研工具revox_edit中的groupexpression、grouppromote、groupcombine、groupfromattribboundary按钮的参数，对单体建筑物的屋顶、屋檐及其他附属结构进行编辑，完成单体建筑物白模模型的生产。利用自研工具optimize，点击process，自动批量剔除模型冗余线、面，减少60％左右的数据量，有效解决了平台因数据量太大卡顿问题，同时释放了电脑的存储压力。同时，添加transform节点，设置偏移值为(-X₀，-Y₀，-Z₀)，完成单体建筑物白模模型由模型坐标系到空间坐标系的转换，保证建筑物模型处理前后的位置一致性。

第六步：采用计算机在Houdini软件中利用自研工具texture_map，点击process，利用原有的建筑物mesh模型的纹理，自动烘焙到单体建筑物白模模型上，完成单体建筑物模型的纹理映射，采用自研工具texture_map中的save to disk按钮导出带有纹理的单体建筑物模型，其中单体建筑物模型为obj文件。

第七步：采用计算机利用modo软件中的Airbrush、Clone、Smudge、Line按钮对单体建筑物模型的个别瑕疵区域进行纹理整饰，完成单体建筑物模型的纹理整饰，完成建筑物单体化建模工作。

与相关技术相比较，本发明提供的建筑物单体化建模方法具有如下有益效果：

1、发明建筑物单体化建模方法改变了现有的建筑物单体化纯手工作业模式，自动完成建筑物mesh模型到体素模型的转换；

2、本发明建筑物单体化建模方法通过对体素基元分辨率的设置，有效控制了建筑物单体模型的编辑误差，相比传统手动作业模式，生产模型的精度更高；

3、本发明建筑物单体化建模方法只需简单的体素编辑及参数调节就可完成单体建筑物模型的构建，降低了作业人员技术门槛，解放了劳动生产力；

4、本发明建筑物单体化建模方法生产的建筑物单体化模型纹理采用自动映射，代替了原有纯手工贴图，大大减少了模型纹理处理时间；

5、本发明建筑物单体化建模方法生产的建筑物单体化模型数据量较小，便于数据应用、存储及管理；

6、本发明方法步骤简单，设计合理，通过调节节点参数及少量人工参与就可快速、准确、高效地完成建筑物模型单体化，处理速度是传统手工建模方法的3-5倍，极大提高了建筑物单体化建模效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种建筑物单体化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：无人机对建筑物的航空图像采集；

所述S1包括S101和S102；

所述S101为设定无人机的飞行参数，其中设定无人机航线的航向重叠度为80％，旁向重叠度为75％，无人机的航拍高度为h，无人机拍照的等间距为L；

S102为用无人机搭载五镜头相机利用倾斜摄影技术对待测量建筑物区域进行采集，获取多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据，并传输至计算机；其中建筑物航空图像为彩色图像，建筑物航空图像的像元大小为8192*5460；

S2：利用建筑物航空图像生成建筑物mesh模型；

所述S2包括S201和S202；

S3：单体建筑物白模模型生成；

所述S3包括S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307和S308；

S4：单体建筑物模型纹理映射、编辑；

所述S4包括S401和S402。

2.根据权利要求1所述的建筑物单体化建模方法，其特征在于，所述S101中无人机的航拍高度为h，具体获取步骤包括S1011和S1012；

所述S1011为设定地面分辨率为GSD，并获取五镜头相机的镜头焦距为f，五镜头相机的像元大小为α；

所述S1012采用计算机根据公式

得到无人机的航拍高度h；

所述S101中无人机拍照的等间距为L，具体获取步骤包括S1013和S1014；

所述S1013为设定无人机的航向重叠度为α；旁向重叠度为β，并获取航空图像的像元大小为A*B，地面分辨率为GSD；

所述S1014为采用计算机根据公式L＝(1-α)*A*GSD，得到同一条航线上两张相邻航拍图像的间距L。

3.根据权利要求1所述的建筑物单体化建模方法，其特征在于，所述S201为采用计算机将多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据导入Context Capture软件中，利用Context Capture软件对多张建筑物航空图像和建筑物航空图像对应的POS数据进行空三加密，得到建筑物点云数据；

所述S202为采用计算机利用Context Capture软件中“spatial framework”工具，将“Regular planar grid”工具中Tile size设置为50，对建筑物点云数据进行规则化分块，将“spatial reference system”设置为CGCS2000坐标系，将模型的坐标原点设置为规则化分块框架的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)，然后点击Reconstruction，提交生产，得到建筑物mesh模型；其中建筑物mesh模型为obj文件。

4.根据权利要求1所述的建筑物单体化建模方法，其特征在于，所述S301为采用计算机将上一步得到的规则化分块建筑物mesh模型导入到Houdini软件中，添加transform节点，将规则化分块的左下角坐标(X₀，Y₀，Z₀)平移到(0，0，0)位置，完成建筑物mesh模型空间坐标系到模型坐标系的转换；

所述S302为采用计算机在Houdini软件中添加自研工具mesh_to_vox，设置体素基元的分辨率为0.2m，点击process，自动批量完成建筑物mesh模型到体素模型的转换；

所述S303为采用计算机在Houdini软件中利用自研工具mesh_to_vox的save to disk功能将转换好的建筑物体素模型导出为.vox格式的文件。

5.根据权利要求1所述的建筑物单体化建模方法，其特征在于，所述S304为采用计算机将.vox格式的文件导入到MagicaVoxel软件中，利用MagicaVoxel中的“扩张”和“腐蚀”功能对建筑物体素模型进行预处理，减少体素模型编辑量，利用MagicaVoxel中“增加”和“移除”功能对建筑物体素模型进行块、面、体的操作，快速完成建筑物各个立面主体结构、屋顶平面及附属的平整工作；

所述S305为采用计算机利用MagicaVoxel软件将编辑好的单体建筑物体素模型(.vox)导出为Houdini软件识别且数据量更小的单体建筑物白模模型(.ply)，保证单体建筑物白模模型的结构不被破坏，对模型进行重命名及存盘；

所述S306为采用计算机将编辑好的单体建筑物白模模型(.ply)导入到Houdini软件中，叠加原始建筑物mesh模型对单体建筑物白模模型进行精度及结构检查，采用自研工具revox_edit调节各个节点参数即可完成单体建筑物屋顶及其他附属编辑，快速、准确地构建建筑物单体化白模模型。

6.根据权利要求1所述的建筑物单体化建模方法，其特征在于，所述S307为采用计算机在Houdini软件中，采用自研工具optimize，点击process，自动批量剔除模型冗余线、面，减少60％左右的数据量；

所述S308为采用计算机在Houdini软件中添加transform节点，设置偏移值为(-X₀，-Y₀，-Z₀)，完成单体建筑物白模模型由模型坐标系到空间坐标系的转换，保证建筑物模型处理前后的位置一致性。

7.根据权利要求1所述的建筑物单体化建模方法，其特征在于，所述S401为采用计算机在Houdini软件中利用自研工具texture_map，点击process，利用原有的建筑物mesh模型的纹理，自动烘焙到单体建筑物白模模型上，完成单体建筑物模型纹理映射；

所述S402为采用计算机利用modo软件对单体建筑物模型的个别瑕疵区域进行纹理整饰，完成建筑物单体化建模。

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