CN115797591B - 一种虚拟建筑模型生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种虚拟建筑模型生成方法及系统，包括步骤S1：获得建筑平面图像，解析建筑平面图像，获得平面最终轮廓线，基于所述平面最终轮廓线定位目标建筑的轮廓质心；步骤S2：估算目标建筑高度；步骤S3：基于目标建筑的轮廓质心和拍摄装置的竖向拍摄范围获得拍摄装置的第二拍摄点；步骤S4：在各个所述第二拍摄点朝向目标建筑拍摄，获得多张建筑立面图像；步骤S5：在虚拟空间内生成矩形模型，将所述矩形模型进行折叠，获得初始虚拟建筑模型；步骤S6：基于建筑立面图像对所述初始虚拟建筑模型进行修正，获得最终虚拟建筑模型；本发明可以基于外形轮廓信息在虚拟空间内自动生成初始三维模型，无需再通过人工进行绘制，大大提升了三维模型的建模速度。

Description

一种虚拟建筑模型生成方法及系统

技术领域

本发明属于三维建模技术领域，具体涉及一种虚拟建筑模型生成方法及系统。

背景技术

随着“数字城市”、“智慧城市”等概念的提出，在虚拟空间内快速建立贴近真实城市建筑模型的需求越来越多。然而，要想快速建立实景三维数字城市模型，关键在于获取城市内各个建筑的真实轮廓数据。当前建筑模型的生成方式主要包括两种，一种是通过搜集建筑图纸，基于建筑图纸生成三维模型建筑，另一种是使用测量装置(例如全站仪)，对建筑的真实尺寸进行测量，获取建筑的外形信息，基于建筑的外形信息绘制三维模型。前者需要在前期搜集大量的图纸设计数据，涉及到多部门沟通，工作量较大，且也无法保证能够获取到所需要的建筑图纸，后者则需要较长的工程制作周期及较大的投资成本，因此上述两种方式均无法在较短时间内建立三维数字城市模型。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种虚拟建筑模型生成方法及系统，以解决现有技术中无法在较短时间内建立三维数字城市模型的问题。

为了达到上述的发明目的，本发明提出一种虚拟建筑模型生成方法，包括：

步骤S1：获取目标建筑类型，在目标建筑上方选取第一拍摄点，自上而下拍摄目标建筑，获得建筑平面图像，对建筑平面图像进行灰度化处理，获得灰度化图像，识别所述灰度化图像中目标建筑所占据的像素区域，基于像素区域获得目标建筑的初始轮廓线，在所述初始轮廓上间隔均匀标记多个第一特征点，定义位于相邻所述第一特征点之间的线段为特征连接线，获取相邻两条所述特征连接线之间的连接夹角，若所述连接夹角小于180度，将连接两条所述特征连接线的所述第一特征点设置为转折点，基于所述转折点对所述平面初始轮廓线进行修正，获得建筑平面最终轮廓线；

步骤S2：录入拍摄装置在远离拍摄目标第一距离时的竖向拍摄范围，基于第一公式估算目标建筑的初始高度，所述第一公式为：H₁＝h×m，其中h为预设单个楼层高度，m为目标建筑的楼层数量，获取拍摄装置竖向拍摄范围等于目标建筑的初始高度时，拍摄装置距离目标建筑的第一距离，基于所述建筑平面图像的比例尺，将所述第一距离转换为所述建筑平面图像中第二距离；

步骤S3：基于所述建筑平面最终轮廓线定位目标建筑的轮廓质心，基于第二公式获得定位点的数量，所述第二公式为：

其中y为所述建筑平面最终轮廓线中所述转折点的数量，ceil(z)是返回一个不小于z的最小整数，在所述建筑平面最终轮廓线中选取Q个所述转折点作为所述定位点，将所述轮廓质心与各个所述定位点连接，获得拍摄指示线，将所述拍摄指示线自所述定位点向远离所述轮廓质心的方向延伸第二距离后，以此时所述拍摄指示线远离所述轮廓质心的端点为拍摄装置的第二拍摄点；/>

步骤S4：在各个所述第二拍摄点朝向目标建筑拍摄，获得多张建筑立面图像，基于建筑立面图像的比例尺，将建筑立面图像中目标建筑的高度转换为目标建筑的实际高度，基于建筑平面图像的比例尺，将所有所述特征连接线的长度之和转换为目标建筑的实际轮廓长度；

步骤S5：在虚拟空间内选取建模点，以所述建模点为原点建立三维直角坐标系，在三维直角坐标系的XOZ平面生成矩形模型，所述矩形模型以平行于Z轴的边为长边，以平行于X轴的边为短边，所述矩形模型长边的长度等于目标建筑的实际高度，短边的长度等于目标建筑的实际轮廓长度，以所述矩形模型其中一个顶点为起点，在所述矩形模型的短边上间隔选取多个与所述转折点位置相对应的第二特征点，以所述第二特征点所在的平行于Z轴的竖向线段为折叠线，并基于所述连接夹角折叠所述矩形模型，获得初始虚拟建筑模型；

步骤S6：基于建筑立面图像对所述初始虚拟建筑模型进行修正，获得最终虚拟建筑模型。

进一步的，所述步骤S1，基于以下步骤对所述平面初始轮廓线进行修正：

若位置连续的n个所述连接夹角均小于180度，则定位首端特征点和尾端特征点，首端特征点和尾端特征点为所述第一特征点，首端特征点和尾端特征点之间包含有所有上述的位置连续且小于180度的所述连接夹角，在首端特征点和尾端特征点之间增加所述第一特征点的数量以缩短相邻所述第一特征点之间的距离，并重新使用线段依次连接首端特征点和尾端特征点之间所述第一特征点，获得拟合多边形，并删除位于首端特征点和尾端特征点之间的所述第一特征点。

进一步的，所述步骤S6，对所述初始虚拟建筑模型进行修正包括以下步骤：

将各个所述第二拍摄点的位置绘制于三维直角坐标系上，将虚拟空间转换至在所述第二拍摄点朝向所述轮廓质心的视角，对照该视角下，建筑立面图像中的建筑外立面相比于所述初始虚拟建筑模型是否存在凸起或凹陷结构，若存在，将凸起或凹陷结构添加至所述初始虚拟建筑模型对应的位置内。

进一步的，所述步骤S6之后，基于以下步骤添加所述最终虚拟建筑模型的纹理：

获取建筑立面图像中的建筑外立面纹理，判断建筑外立面纹理是否存在于建筑纹理库内，是的情况下，从建筑纹理库选择对应的纹理渲染至所述最终虚拟建筑模型的外立面，否的情况下，从建筑立面图像截取建筑外立面纹理，将其填充于所述最终虚拟建筑模型外立面。

进一步的，建筑纹理库内包含玻璃纹理，若目标建筑的类型为写字楼，则将目标建筑的窗户以玻璃纹理的形式渲染至所述最终虚拟建筑模型中。

本发明还提供了一种虚拟建筑模型生成系统，该系统用于实现上述所述的一种虚拟建筑模型生成方法，该系统主要包括：

图像处理模块，用于接收所述建筑平面图像和建筑立面图像，所述图像处理模块内存储有灰度化处理模型和图像处理模型，所述灰度化处理模型对建筑平面图像进行灰度化处理，获得所述灰度化图像，所述图像处理模型处理所述灰度化图像，获得所述第一特征点、所述平面最终轮廓线、所述轮廓质心和所述连接夹角；

远程传输模块，用于将建筑平面图像和建筑立面图像从拍摄装置传输至所述图像处理模块内；

定位模块，基于拍摄装置的竖向拍摄范围和目标建筑的初始高度，定位拍摄装置的所述第二拍摄点；

转换模块，用于将所述第一距离转换为所述第二距离，将建筑立面图像中目标建筑的高度转换为目标建筑的实际高度，以及将所有所述特征连接线的长度之和转换为目标建筑的实际轮廓长度；

虚拟模型生成模块，用于建立三维直角坐标系，并在三维直角坐标系内生成所述矩形模型，在所述矩形模型上选取所述第二特征点，基于所述第二特征点将所述矩形模型进行折叠，获得所述初始虚拟建筑模型；

虚拟模型优化模块，用于对所述初始虚拟建筑模型进行优化修正，获得最终虚拟建筑模型。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

本发明通过获取建筑平面图像和建筑立面图像获取建筑的外形轮廓信息，在实际应用中只需使用拍摄装置获取相对应的图像即可，无需再获取图纸资料或使用工程测量装置进行测量，大大减少了工作量；而且在获得建筑的外形轮廓信息，可以基于外形轮廓信息在虚拟空间内自动生成初始三维模型，无需再通过人工进行绘制，大大提升了三维模型的建模速度，最后再对初始三维模型进行修正，从而可以获得较为精准的三维建筑模型，因此通过本发明可以方便快速的实现对实际建筑的三维建模。

附图说明

图1为本发明的虚拟建筑模型生成方法的步骤流程图；

图2为本发明第二拍摄点的拍摄示意图；

图3为本发明对平面初始轮廓线的修正过程。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。

如图1所示，一种虚拟建筑模型生成方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取目标建筑类型，在目标建筑上方选取第一拍摄点，自上而下拍摄目标建筑，获得建筑平面图像，对建筑平面图像进行灰度化处理，获得灰度化图像，识别灰度化图像中目标建筑所占据的像素区域，基于像素区域获得目标建筑的初始轮廓线，在初始轮廓上间隔均匀标记多个第一特征点，定义位于相邻第一特征点之间的线段为特征连接线，获取相邻两条特征连接线之间的连接夹角，若连接夹角小于180度，将连接两条特征连接线的第一特征点设置为转折点，基于转折点对平面初始轮廓线进行修正，获得建筑平面最终轮廓线；

具体的，目标建筑类型包括写字楼和住宅楼，拍摄装置具体可为装载照相机的无人机；当需要采集目标建筑的外形轮廓时，首先通过拍摄装置拍摄目标建筑的平面图，然后对平面图进行处理；目前常用技术是通过建立以CNN算法等代表的机器学习模型去识别图像的轮廓，然而此种方式需要获取大量的数据训练模型，且还需要训练结果对模型的参数进行调整；因此，本发明提出将平面图像转换为灰度化图像，由于灰度图像只包含亮度信息，当自上而下拍摄时，建筑顶面的亮度大于地面的亮度，因此在平面图中可以较为清晰的将目标建筑凸显出来，从而基于亮度值快速获得目标建筑的初始轮廓线；该方式以像素为基础识别目标建筑轮廓，处理速度快且无需复杂的计算，因此再建立图像识别模型。

在本实施例中，连接夹角小于180度时，将连接两条特征连接线的第一特征点设置为转折点；由于连接夹角小于180度，两条特征连接线之间并非位于共线位置，表明目标建筑的轮廓在两条特征连接线的交点处出现改变，因此将位于该交点的第一特征点设置为转折点，例如图2所示，若建筑平面最终轮廓线为五角形，图中的黑色圆点为第一特征点，那么在特征连接线c₁和特征连接线c₂之间的夹角为θ为72度，小于180度，那么就将这两条特征连接线之间的第一特征点u作为建筑轮廓的转折点。

步骤S2：录入拍摄装置在远离拍摄目标第一距离时的竖向拍摄范围，基于第一公式估算目标建筑的初始高度，第一公式为：H₁＝h×m，其中h为预设单个楼层高度，m为目标建筑的楼层数量，获取拍摄装置竖向拍摄范围等于目标建筑的初始高度时，拍摄装置距离目标建筑的第一距离，基于建筑平面图像的比例尺，将第一距离转换为建筑平面图像中第二距离；

由于楼层的高度一般在2.8米左右，因此通过第一公式可以对目标建筑的高度进行初步估算，从而为第二拍摄点的选取提供基础数据支持，楼层的层数可以通过人工测定并提前输入至系统内；通过获取目标建筑初始高度和拍摄装置竖向拍摄范围来确定第一距离，使得建筑在竖直方向上的形状能够被完全拍摄至图像中。

步骤S3：基于建筑平面最终轮廓线定位目标建筑的轮廓质心，基于第二公式获得定位点的数量，第二公式为：

其中y为建筑平面最终轮廓线中转折点的数量，ceil(z)是返回一个不小于z的最小整数，在建筑平面最终轮廓线中选取Q个转折点作为定位点，将轮廓质心与各个定位点连接，获得拍摄指示线，将拍摄指示线自定位点向远离轮廓质心的方向延伸第二距离后，以此时拍摄指示线远离轮廓质心的端点为拍摄装置的第二拍摄点；

再次参照图2，图2中的建筑轮廓的转折点数量为5，那么基于第二公式获得定位点的数量为3，那么就在这五个转折点沿顺时针依次间隔选取三个转折点作为定位点，若选取转折点的数量不满足间隔选取的要求，则将建筑平面最终轮廓线沿顺时针方向的最后一个转折点设置为定位点，例如图中定位点o₁和定位点o₂间隔选取，定位点o₃与定位点o₁相邻。

在完成定位点的设置后，将平面最终轮廓线的轮廓质心A₁与各个定位点相连并向外延伸第二距离，从而在平面图像中显示具体第二拍摄点A₂的位置，在第二拍摄点朝向轮廓质心方向拍摄即在一个拍摄点至少获取目标建筑两个侧面的图像，由于质心大多为图形的中心，因此朝向质心拍摄，使得拍摄出的图像不仅包含目标建筑两个侧面，而且使两个侧面均匀的被拍摄在图像中，即图像中的目标建筑的某个侧面不会占据较大的区域。如图2中，位于左侧的第二拍摄点A₂拍摄出的图像包含转折点u和定位点o₃之间的两个侧面，那么三个第二拍摄点A₂就完成目标建筑所有侧面的拍摄。若选择常规的从建筑东南西北四个方向进行拍摄，则需要四个拍摄点，且当建筑表面有凸起结构时，此种拍摄可能正对目标建筑的侧面，使得拍摄出图像无法显示凸起结构的深度，从而无法获得目标建筑的完整外部结构。而通过此步骤不仅可以自动定位选取拍摄点，而且仅需三个拍摄点即可获得目标建筑的全貌，不仅智能化而且还能减少拍摄点的数量。

步骤S4：在各个第二拍摄点朝向目标建筑拍摄，获得多张建筑立面图像，基于建筑立面图像的比例尺，将建筑立面图像中目标建筑的高度转换为目标建筑的实际高度，基于建筑平面图像的比例尺，将所有特征连接线的长度之和转换为目标建筑的实际轮廓长度；

步骤S5：在虚拟空间内选取建模点，以建模点为原点建立三维直角坐标系，在三维直角坐标系的XOZ平面生成矩形模型，矩形模型以平行于Z轴的边为长边，以平行于X轴的边为短边，矩形模型长边的长度等于目标建筑的实际高度，短边的长度等于目标建筑的实际轮廓长度，以矩形模型其中一个顶点为起点，在矩形模型的短边上间隔选取多个与转折点位置相对应的第二特征点，以第二特征点所在的平行于Z轴的竖向线段为折叠线，并基于连接夹角折叠矩形模型，获得初始虚拟建筑模型；

具体的，在生成矩形模型前，由于已经通过步骤S4获取到目标建筑的高度和平面最终轮廓线的长度，因此基于长度和宽度数值可以生成与目标建筑高度和外轮廓周向长度较为接近的矩形模型，然后通过在矩形模型上选择第二特征点，由于第二特征点与平面初始轮廓线的转折点相对应，而转折点为建筑的轮廓的关键点，因此将矩形模型依次在第二特征点沿横向进行折叠，折叠的角度以转折点处的连接角度为依据，最终可以将矩形模型折叠为封闭图形，而该封闭图形的轮廓与目标建筑的轮廓相接近，从而完成初始虚拟建筑模型的生成。

步骤S6：基于建筑立面图像对初始虚拟建筑模型进行修正，获得最终虚拟建筑模型。

本发明通过获取建筑平面图像和建筑立面图像获取建筑的外形轮廓信息，在实际应用中只需使用拍摄装置获取相对应的图像即可，无需再获取图纸资料或使用工程测量装置进行测量，大大减少了工作量；而且在获得建筑的外形轮廓信息，可以基于外形轮廓信息在虚拟空间内自动生成初始三维模型，无需再通过人工进行绘制，大大提升了三维模型的建模速度，最后再对初始三维模型进行修正，从而可以获得较为精准的三维建筑模型，因此通过本发明可以方便快速的实现对实际建筑的三维建模。

在步骤S1，基于以下步骤对平面初始轮廓线进行修正：

若位置连续的n个连接夹角均小于180度，则定位首端特征点和尾端特征点，首端特征点和尾端特征点为第一特征点，首端特征点和尾端特征点之间包含有所有上述的位置连续且小于180度的连接夹角，在首端特征点和尾端特征点之间增加第一特征点的数量以缩短相邻第一特征点之间的距离，并重新使用线段依次连接首端特征点和尾端特征点之间第一特征点，获得拟合多边形，并删除位于首端特征点和尾端特征点之间的第一特征点。

在实际建模时，若遇到建筑整体的某个侧面为不规则曲面，现有技术中对此种建筑的处理方式是，首先测量建筑该侧面的曲率，然后在建模过程中，基于该曲率对建筑相应的侧面进行拟合，从而获得与实际建筑外表面相近的三维建筑模型。然而，此种方式需要测量建筑侧面的曲率，工作量较大，而且曲线拟合虽然能够使得模型接近建筑物的实际形状，但是过于平滑的曲面会占用较多的计算机资源，特别是在较大的城市，由于存在诸如中央商务区、市民文体中心等建筑群，建筑群建筑集中且建筑的形状各异，因此在此处采用曲线拟合的方式会大大增加系统的运行负荷。

因此，在步骤S11中，若位置连续的n个连接夹角均小于180度，具体的n的数值可设置为3，则表明建筑在此处的侧面出现连续变换，即系统将此处识别为曲面，如图3中，目标建筑的上侧面为曲面，那么便获取建筑轮廓线中L线段的首端特征点P₁和尾端特征点P₂，此时大于180度的连接夹角均在首端特征点P₁和尾端特征点P₂之间，然后在首端特征点和尾端特征点之间增加第一特征点，具体可在相邻两个第一特征点之间再插入两个特征点，最后再使用线段重新连接第一特征点，重新构成L线段，新构成的L线段由于缩小了特征连接线的间隔，使得L线段显得更加平滑，从而完成对建筑曲面轮廓的修正；当以此步骤建立曲面轮廓进行建模时，建筑的曲面被多边形面取代，如此，既能在展示目标建筑的侧面为曲面，也能降低建筑所占用的资源利用率。

步骤S6，对初始虚拟建筑模型进行修正包括以下步骤：

将各个第二拍摄点的位置绘制于三维直角坐标系上，将虚拟空间转换至在第二拍摄点朝向轮廓质心的视角，对照该视角下，建筑立面图像中的建筑外立面相比于初始虚拟建筑模型是否存在凹陷，若存在，将凹陷添加至初始虚拟建筑模型对应的位置内。

将虚拟空间转换至在拍摄点朝向轮廓质心的视角，并将该视角下的虚拟建筑模型与在此处拍摄的实际建筑图像相对比，进而发现建筑的外立面是否存在凹陷，由于自上而下获取建筑轮廓线时无法得得知建筑内部凹陷，因此通过此步骤既能发现建筑外立面存在的凹陷，又能将建筑模型与实际建筑进行核对，从而对建筑外形进行修正，使得虚拟建筑模型更加接近于实际建筑。

步骤S6之后，基于以下步骤添加虚拟建筑模型的纹理：

获取建筑立面图像中的建筑外立面纹理，判断建筑外立面纹理是否存在于建筑纹理库内，是的情况下，从建筑纹理库选择对应的纹理渲染至最终虚拟建筑模型的外立面，否的情况下，从建筑立面图像截取建筑外立面纹理，将其填充于最终虚拟建筑模型外立面。

若建筑纹理库内存在与目标建筑纹理相同的纹理，则通过将该纹理直接渲染在建筑虚拟模型的外立面上，使得建筑虚拟模型更加逼真；若建筑纹理库内不存在与目标建筑纹理相同的纹理，则从建筑立面图像截取建筑外立面纹理并填充于虚拟建筑模型外立面上，如此既能在短时间内添加建筑物的纹理，避免建筑群中出现未添加纹理的建筑，影响观感，同时使得技术人员可以从特定角度发现建筑纹理是否为填充，从而在后期绘制纹理，以重新渲染模型。

建筑纹理库内包含玻璃纹理，若目标建筑的类型为写字楼，则将目标建筑的窗户以玻璃纹理的形式渲染至最终虚拟建筑模型中。

由于写字楼窗户占用了外立面的绝大部分面积，因此将窗户以纹理图案的形式渲染至虚拟建筑模型中，即以纹理的形式取代窗户，从而无需再对窗户进行建模，减少建筑模型的结构复杂度，大大减少了建筑模型的资源占用率。

本发明还提供了一种虚拟建筑模型生成系统，该系统用于实现上述的一种虚拟建筑模型生成方法，该系统主要包括：

图像处理模块，用于接收建筑平面图像和建筑立面图像，图像处理模块内存储有灰度化处理模型和图像处理模型，灰度化处理模型对建筑平面图像进行灰度化处理，获得灰度化图像，图像处理模型处理灰度化图像，获得第一特征点、平面最终轮廓线、轮廓质心和连接夹角；

远程传输模块，用于将建筑平面图像和建筑立面图像从拍摄装置传输至图像处理模块内；

定位模块，基于拍摄装置的竖向拍摄范围和目标建筑的初始高度，定位拍摄装置的第二拍摄点；

转换模块，用于将第一距离转换为第二距离，将建筑立面图像中目标建筑的高度转换为目标建筑的实际高度，以及将所有特征连接线的长度之和转换为目标建筑的实际轮廓长度；

虚拟模型生成模块，用于建立三维直角坐标系，并在三维直角坐标系内生成矩形模型，在矩形模型上选取第二特征点，基于第二特征点将矩形模型进行折叠，获得初始虚拟建筑模型；

虚拟模型优化模块，用于对初始虚拟建筑模型进行优化修正，获得最终虚拟建筑模型。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一个非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上上述的实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上上述的实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上上述的仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种虚拟建筑模型生成方法，其特征在于，包括：

步骤S1：获取目标建筑类型，在目标建筑上方选取第一拍摄点，自上而下拍摄目标建筑，获得建筑平面图像，对建筑平面图像进行灰度化处理，获得灰度化图像，识别所述灰度化图像中目标建筑所占据的像素区域，基于像素区域获得目标建筑的初始轮廓线，在所述初始轮廓上间隔均匀标记多个第一特征点，定义位于相邻所述第一特征点之间的线段为特征连接线，获取相邻两条所述特征连接线之间的连接夹角，若所述连接夹角小于180度，将连接两条所述特征连接线的所述第一特征点设置为转折点，基于所述转折点对所述平面初始轮廓线进行修正，获得建筑平面最终轮廓线；

步骤S2：录入拍摄装置在远离拍摄目标第一距离时的竖向拍摄范围，基于第一公式估算目标建筑的初始高度，所述第一公式为：H₁＝h×m，其中h为预设单个楼层高度，m为目标建筑的楼层数量，获取拍摄装置竖向拍摄范围等于目标建筑的初始高度时，拍摄装置距离目标建筑的第一距离，基于所述建筑平面图像的比例尺，将所述第一距离转换为所述建筑平面图像中第二距离；

步骤S3：基于所述建筑平面最终轮廓线定位目标建筑的轮廓质心，基于第二公式获得定位点的数量，所述第二公式为：

其中y为所述建筑平面最终轮廓线中所述转折点的数量，ceil(z)是返回一个不小于z的最小整数，在所述建筑平面最终轮廓线中选取Q个所述转折点作为所述定位点，将所述轮廓质心与各个所述定位点连接，获得拍摄指示线，将所述拍摄指示线自所述定位点向远离所述轮廓质心的方向延伸第二距离后，以此时所述拍摄指示线远离所述轮廓质心的端点为拍摄装置的第二拍摄点；

步骤S4：在各个所述第二拍摄点朝向目标建筑拍摄，获得多张建筑立面图像，基于建筑立面图像的比例尺，将建筑立面图像中目标建筑的高度转换为目标建筑的实际高度，基于建筑平面图像的比例尺，将所有所述特征连接线的长度之和转换为目标建筑的实际轮廓长度；

步骤S5：在虚拟空间内选取建模点，以所述建模点为原点建立三维直角坐标系，在三维直角坐标系的XOZ平面生成矩形模型，所述矩形模型以平行于Z轴的边为长边，以平行于X轴的边为短边，所述矩形模型长边的长度等于目标建筑的实际高度，短边的长度等于目标建筑的实际轮廓长度，以所述矩形模型其中一个顶点为起点，在所述矩形模型的短边上间隔选取多个与所述转折点位置相对应的第二特征点，以所述第二特征点所在的平行于Z轴的竖向线段为折叠线，并基于所述连接夹角折叠所述矩形模型，获得初始虚拟建筑模型；

步骤S6：基于建筑立面图像对所述初始虚拟建筑模型进行修正，获得最终虚拟建筑模型。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟建筑模型生成方法，其特征在于，所述步骤S1，基于以下步骤对所述平面初始轮廓线进行修正：

若位置连续的n个所述连接夹角均小于180度，则定位首端特征点和尾端特征点，首端特征点和尾端特征点为所述第一特征点，首端特征点和尾端特征点之间包含有所有上述的位置连续且小于180度的所述连接夹角，在首端特征点和尾端特征点之间增加所述第一特征点的数量以缩短相邻所述第一特征点之间的距离，并重新使用线段依次连接首端特征点和尾端特征点之间所述第一特征点，获得拟合多边形，并删除位于首端特征点和尾端特征点之间的所述第一特征点。

3.根据权利要求2所述的一种虚拟建筑模型生成方法，其特征在于，所述步骤S6，对所述初始虚拟建筑模型进行修正包括以下步骤：

将各个所述第二拍摄点的位置绘制于三维直角坐标系上，将虚拟空间转换至在所述第二拍摄点朝向所述轮廓质心的视角，对照该视角下，建筑立面图像中的建筑外立面相比于所述初始虚拟建筑模型是否存在凸起或凹陷结构，若存在，将凸起或凹陷结构添加至所述初始虚拟建筑模型对应的位置内。

4.根据权利要求3所述的一种虚拟建筑模型生成方法，其特征在于，所述步骤S6之后，基于以下步骤添加所述最终虚拟建筑模型的纹理：

获取建筑立面图像中的建筑外立面纹理，判断建筑外立面纹理是否存在于建筑纹理库内，是的情况下，从建筑纹理库选择对应的纹理渲染至所述最终虚拟建筑模型的外立面，否的情况下，从建筑立面图像截取建筑外立面纹理，将其填充于所述最终虚拟建筑模型外立面。

5.根据权利要求4所述的一种虚拟建筑模型生成方法，其特征在于，建筑纹理库内包含玻璃纹理，若目标建筑的类型为写字楼，则将目标建筑的窗户以玻璃纹理的形式渲染至所述最终虚拟建筑模型中。

6.一种虚拟建筑模型生成系统，用于实现如权利要求1-5任一项所述的虚拟建筑模型生成方法，其特征在于，包括：

图像处理模块，用于接收所述建筑平面图像和建筑立面图像，所述图像处理模块内存储有灰度化处理模型和图像处理模型，所述灰度化处理模型对建筑平面图像进行灰度化处理，获得所述灰度化图像，所述图像处理模型处理所述灰度化图像，获得所述第一特征点、所述平面最终轮廓线、所述轮廓质心和所述连接夹角；

远程传输模块，用于将建筑平面图像和建筑立面图像从拍摄装置传输至所述图像处理模块内；

定位模块，基于拍摄装置的竖向拍摄范围和目标建筑的初始高度，定位拍摄装置的所述第二拍摄点；

转换模块，用于将所述第一距离转换为所述第二距离，将建筑立面图像中目标建筑的高度转换为目标建筑的实际高度，以及将所有所述特征连接线的长度之和转换为目标建筑的实际轮廓长度；

虚拟模型生成模块，用于建立三维直角坐标系，并在三维直角坐标系内生成所述矩形模型，在所述矩形模型上选取所述第二特征点，基于所述第二特征点将所述矩形模型进行折叠，获得所述初始虚拟建筑模型；

虚拟模型优化模块，用于对所述初始虚拟建筑模型进行优化修正，获得最终虚拟建筑模型。

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