CN117313217B - 基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法，包括：S1，针对建筑物基座进行界址点坐标数据收集操作，提取主要特征界址点坐标数据；S2，根据主要特征界址点坐标数据形成二维建筑物界址面，由若干二维建筑物界址面形成三维建筑物界址面；S3，根据三维建筑物界址面，形成建筑物基座的框架模型。

Description

基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法

技术领域

本发明涉及三维建模实现方法，尤其涉及一种基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法。

背景技术

由于城市建设快速发展，楼宇、房屋空间的不动产的管理日益复杂，楼宇空间在传统的二维空间管理上存在诸多弊端，针对三维展现能够还原楼宇三维空间的本质，在此基础上需要对建立三维空间的坐标进行筛选，这就需要引入界址点的定义，建筑物三维界址面是指三维宗地土地权属分界面；三维界址线是指三维宗地界址面的边界线；三维界址点是指三维宗地界址线的转折点。由于在城市建设过程中需要对建筑物进行空间建模操作，需要对建筑物界址点进行收集并筛选，由于测量数据受到环境、气象、地形因素的影响会造成测量误差，导致界址点定位不准的问题，所以将测量的界址点进行数据处理，降低界址点坐标的数据偏差，而且界址点对于建筑物室内模型建模至关重要，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法，包括如下步骤：

S1，针对建筑物基座进行界址点坐标数据收集操作，提取主要特征界址点坐标数据；

S2，根据主要特征界址点坐标数据形成二维建筑物界址面，由若干二维建筑物界址面形成三维建筑物界址面；

S3，根据三维建筑物界址面，形成建筑物基座的框架模型。

上述技术方案优选的，所述S1包括：

S1-1，通过建筑物界址点坐标合围该建筑物的轮廓，形成建筑物多边形，对于每个界址点坐标进行特征标记，

S1-2，特征标记完毕的封闭二维宗地，对起始界址点进行坐标标记，并进行初始编号，从而记录封闭二维宗地全部界址点坐标总数，以及形成的封闭二维宗地面积，对坐标标记的每个界址点坐标与国家大地坐标系的实际坐标进行比对，从而确定坐标标记的界址点坐标，并识别建筑物相应弧形以及折角，并进行校正处理；

S1-3，每条边界判别线，将其包含的两个相邻坐标构成的线段进行连接，搜索界址点坐标中形成重合的坐标并记录，针对建筑物基座进行界址点坐标校正。

上述技术方案优选的，所述S1还包括：

S1-4，设定建筑物宗地待计算的弧形，对界址点形成的弧形进行收集统计，并分割成若干小段，计算建筑物弧形插值法计算平滑曲线，从而计算曲线的长度，对若干小段计算长度平均值，根据平均值进行弧形指数计算，其中界址点连接的若干小段计算的标准差D影响弧形指数M计算结果；

其中，D_x为界址点坐标x轴连接的若干小段计算的标准差，D_y为界址点坐标y轴连接的若干小段计算的标准差，D_z为界址点坐标z轴连接的若干小段计算的标准差，η为校正参数，μ为弧形投影算子。

上述技术方案优选的，所述S1还包括：

S1-5，针对校正参数η是为了将弧形指数调整的更加准确，根据界址点坐标与国家大地坐标系之间的映射关系进行校正计算，

其中c_n+1为下两个界址点之间的弧形弦长，c_n为两个界址点之间的弧形弦长，d为直径，s为弦长上限值；

根据标准差的结果来进行数据调整。如果标准差较大，说明每个小段的长度与平均值之间的差异较大，考虑对长度数据进行修正或者调整。

上述技术方案优选的，所述S2包括：

S2-1，根据弧形指数M，从而对宗地围合的建筑物周长进行融合计算，对建筑物形状进行导入，根据相应矩形面积和弧形面积，得到建筑物基座面积；

E＝F_i+M·F_j+F_k，

根据弧形的弧段长度，求出弓形面积，再得到由矩形和弓形形成的建筑物基座面积，

建筑物全部的矩形面积为其中，下标i为矩形的个数，p为矩形的长度，c为形成的带有弧度整体长度，r为弧形对应的半径；

建筑物全部的弓形面积下标j为弓形的个数，θ为弧形对应的角度，r为弧形对应的半径；

建筑物全部的三角形面积其中，k为三角形的个数，a为三角形底长，h为三角形的高度。

上述技术方案优选的，所述S2还包括：

S2-2，将不规则的多边形形状建筑物，划分为弓形、矩形、三角形的面积，从而求出总的规划面积。

S2-3，通过将建筑物平面分割成若干规则图形并计算面积来建立平面模型是一种有效的方法，但是这种方法不能直接用于建立立体模型；

建立建筑物的立体模型，需要通过测量得到的数据可以用于建立建筑物的三维模型，而三维建模软件则可以通过输入建筑物的尺寸和空间关系信息生成立体模型；

根据建筑物的高度是生成立体模型的关键要素，根据形成的建筑物平面界址面，组成的多边形来表示。这些仅仅是基础轮廓造型，需要对建筑物材质和纹理的外观效果进行立体模型添加，使其更加逼真，针对比例和尺寸来说，确保建筑物的比例和尺寸在立体模型中得到准确表达，以保持准确性。

上述技术方案优选的，所述S3包括：

分层分户dwg某层平面图，是根据属性内容利用分层分户图对应的Fcy的数据，实际格式为Microsoft office的Access格式mdb数据库，通过该格式进行查询。

Fcy中重要的属性表包括房号户号对照表、户型信息表、图形信息表等，其中图形信息表中的HandleID字段与分层分户图中dwg是相互对应的，这也是保障fcy中图形信息能够正确挂接到房屋产权模型上的基础。

对建筑物的dwg数据进行预处理之后，为了保持dwg和Fcy文件名一致，需要预先处理文件名，过滤掉无用的文本、点、空图形要素。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

通过本发明的计算过程，提高了界址点测量的智能化和实时性，提高了界址点测量的准确性和房屋建模的效率，从而实现建筑物整体建模的智能化和高效性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明房屋建模方法示意图；

图2是本发明三维界址点筛选流程图；

图3是本发明界址线获取示意图；

图4是本发明地表三维宗地获取线框示意图；

图5是本发明地下三维宗地获取线框示意图；

图6是本发明数据参数图表；

图7是本发明线框建模示意图；

图8是本发明数据获取单元图表；

图9是本发明分层分户平面图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-9所示，本发明公开一种基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法，包括如下步骤：

S1，针对建筑物基座进行界址点坐标数据收集操作，提取主要特征界址点坐标数据；

S2，根据主要特征界址点坐标数据形成二维建筑物界址面，由若干二维建筑物界址面形成三维建筑物界址面；

S3，根据三维建筑物界址面，形成建筑物基座的框架模型。

上述技术方案优选的，所述S1包括：

S1-1，通过建筑物界址点坐标合围该建筑物的轮廓，形成建筑物多边形，对于每个界址点坐标进行特征标记，

由于三维宗地图的整体轮廓形成需要先对二维宗地进行界址点坐标确定，从而需要将二维宗地图放置图框的左上角，图框中部放置三维宗地图。三维宗地图宗地分为地表空间和地下空间两个部分，各设定分界面，根据传统二维地籍中的实际用地情况，将分界面选取为宗地内主要建筑的±0面，界址点和界址线围绕该±0面进行标注，地表下界址点采用J1...J89表示，上界址点采用J90...J178表示，地下上界址点采用J1...J35表示，下界址点采用J36...J70表示。其中地表、地下宗地的上、下边线为红色粗实线，上下边线以红色细虚线相连接，得到最终的宗地图形线框。

S1-2，特征标记完毕的封闭二维宗地，对起始界址点进行坐标标记，并进行初始编号，从而记录封闭二维宗地全部界址点坐标总数，以及形成的封闭二维宗地面积，对坐标标记的每个界址点坐标与国家大地坐标系的实际坐标进行比对，从而确定坐标标记的界址点坐标，并识别建筑物相应弧形以及折角，并进行校正处理；

S1-3，每条边界判别线，将其包含的两个相邻坐标构成的线段进行连接，搜索界址点坐标中形成重合的坐标并记录，针对建筑物基座进行界址点坐标校正；

S1-4，设定建筑物宗地待计算的弧形，对界址点形成的弧形进行收集统计，并分割成若干小段，计算建筑物弧形插值法计算平滑曲线，从而计算曲线的长度，对若干小段计算长度平均值，根据平均值进行弧形指数计算，其中界址点连接的若干小段计算的标准差D影响弧形指数M计算结果；

其中，D_x为界址点坐标x轴连接的若干小段计算的标准差，D_y为界址点坐标y轴连接的若干小段计算的标准差，D_z为界址点坐标z轴连接的若干小段计算的标准差，η为校正参数，μ为弧形投影算子；

S1-5，针对校正参数η是为了将弧形指数调整的更加准确，根据界址点坐标与国家大地坐标系之间的映射关系进行校正计算，

其中c_n+1为下两个界址点之间的弧形弦长，c_n为两个界址点之间的弧形弦长，d为直径，s为弦长上限值；

弦长上限值是对校正参数中使用的最短弦长，也就是建筑物界址点计算长度能够适应的最小尺寸。在计算校正参数时，需要根据实际应用场景中的数据分布情况来选择合适的弦长上限值。

如果弦长上限值过小，会导致建筑物界址点计算长度的精度降低，因为样本数量会减少，如果弦长上限值过大，则可能会导致建筑物界址点计算长度的泛化能力不足，无法适应更复杂的场景。

通过使用弧形投影算子，可以减少计算中的误差，从而提高围合长度的计算精度。在界址点围合长度的计算中，由于界址点的位置可能存在误差，因此使用弧形投影算子可以减少这种误差对计算结果的影响。

可以根据标准差的结果来进行数据调整。如果标准差较大，说明每个小段的长度与平均值之间的差异较大，考虑对长度数据进行修正或者调整。

上述技术方案优选的，所述S2包括：

S2-1，根据弧形指数M，从而对宗地围合的建筑物周长进行融合计算，由于宗地围合的建筑物为不规则的多边形形状，需要通过地理信息系统(GIS)进行融合计算，对建筑物形状进行导入，根据相应矩形面积和弧形面积，得到建筑物基座面积；

E＝F_i+M·F_j+F_k，

根据弧形的弧段长度，求出弓形面积，再得到由矩形和弓形形成的建筑物基座面积，

建筑物全部的矩形面积为其中，下标i为矩形的个数，p为矩形的长度，c为形成的带有弧度整体长度，r为弧形对应的半径；

建筑物全部的弓形面积下标j为弓形的个数，θ为弧形对应的角度，r为弧形对应的半径；

建筑物全部的三角形面积其中，k为三角形的个数，a为三角形底长，h为三角形的高度；

S2-2，将不规则的多边形形状建筑物，划分为弓形、矩形、三角形的面积，从而求出总的规划面积。

S2-3，通过将建筑物平面分割成若干规则图形并计算面积来建立平面模型是一种有效的方法，但是这种方法不能直接用于建立立体模型；

建立建筑物的立体模型，需要通过测量得到的数据可以用于建立建筑物的三维模型，而三维建模软件则可以通过输入建筑物的尺寸和空间关系信息生成立体模型；

根据建筑物的高度是生成立体模型的关键要素，根据形成的建筑物平面界址面，组成的多边形来表示。这些仅仅是基础轮廓造型，需要对建筑物材质和纹理的外观效果进行立体模型添加，使其更加逼真，针对比例和尺寸来说，确保建筑物的比例和尺寸在立体模型中得到准确表达，以保持准确性。

上述技术方案优选的，所述S3包括：

分层分户dwg某层平面图，是根据属性内容利用分层分户图对应的Fcy的数据，实际格式为Microsoft office的Access格式mdb数据库，通过该格式进行查询。

Fcy中重要的属性表包括房号户号对照表、户型信息表、图形信息表等，其中图形信息表中的HandleID字段与分层分户图中dwg是相互对应的，这也是保障fcy中图形信息能够正确挂接到房屋产权模型上的基础。

对建筑物的dwg数据进行预处理之后，为了保持dwg和Fcy文件名一致，需要预先处理文件名，过滤掉无用的文本、点、空图形要素。

1.坐标整合

通过三维精细模型、BIM模型一般都采用地理信息位置独立坐标系，三维实景模型采用的是CGCS 2000 105°高斯-克吕格投影，为统一空间数据坐标参考并方便后期推广使用，空间数据坐标系统使用CGCS2000地理坐标系，因此需将独立系、CGCS 2000 105°高斯-克吕格投影下数据转换到地理坐标系，转换方式根据投影文件、同门点等计算转换参数。

2.格式转换

三维地籍信息系统有一个很重要的特性，就是要集成多源数据，比如地形影像、三维实景模型、精细模型、建筑BIM等。要实现多源数据融合匹配，需要将多源模型数据转换成三维平台可用的数据格式。三维实景模型格式是.osgb，大部分三维引擎支持较好，或者可通过转换成各自引擎所需格式。原始精细模型和BIM模型是建模软件内部格式，三维引擎不能直接加载，需要进行格式转换。使用GeoScene平台集成了坐标和格式转换功能模块，在三维平台GeoScene平台中进行集成和打包。

以GIS平台为载体，即以WebGIS集成为方向，以GeoScene作为主要数据承载体。针对三维底座数据，根据GIS平台相关规范并结合国土空间信息平台要求提供在线数据接入服务。对应三维产权模型数据和管理信息数据，各单位按i3S标准提供了离线数据，按照GIS平台的接入要求进行转换及优化并导入平台数据库。

通过空间位置(坐标)与地名地址等信息匹配实现二三维数据融合。对建筑物而言，首先根据楼栋号及楼层数，对应建筑底层、标准层、楼顶层自动匹配每栋、每层、公共空间等属性，生成楼栋建筑信息；其次根据不动产登记信息，以不动产登记证为依据，匹配每户产权空间模型，挂接每户不动产登记信息，生成每栋每户权利空间。

房屋三维模型

依据前期的技术方案要求，采用基于OpenGIS的空间数据转换处理系统FME(Feature Manipulate Engine)，来协助完成建筑物房屋产权模型的参数化建立。将房屋的分层分户图作为房屋产权模型的数据基础，分层分户图的矢量空间图形dwg图层中包括各楼层中线、单线、双线、标记层，如图5和7所示。

由于Fcy图形信息表可以根据HandleID和dwg的图形autocad_entity_handle进行 唯一匹配，因此可以通过FME调用HandleID中的属性信息进行不动产属性的挂接。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法，其特征在于，包括：

S1，针对建筑物基座进行界址点坐标数据收集操作，提取特征界址点坐标数据；

S1-1，通过建筑物界址点坐标合围该建筑物的轮廓，形成建筑物多边形，对于每个界址点坐标进行特征标记，

S1-2，特征标记完毕的封闭二维宗地，对起始界址点进行坐标标记，并进行初始编号，从而记录封闭二维宗地全部界址点坐标总数，以及形成的封闭二维宗地面积，对坐标标记的每个界址点坐标与国家大地坐标系的实际坐标进行比对，从而确定坐标标记的界址点坐标，并识别建筑物相应弧形以及折角，并进行校正处理；

S1-3，每条边界判别线，将其包含的两个相邻坐标构成的线段进行连接，搜索界址点坐标中形成重合的坐标并记录，针对建筑物基座进行界址点坐标校正；

S1-4，设定建筑物宗地待计算的弧形，对界址点形成的弧形进行收集统计，并分割成若干小段，计算建筑物弧形插值法计算平滑曲线，从而计算曲线的长度，对若干小段计算长度平均值，根据平均值进行弧形指数计算，其中界址点连接的若干小段计算的标准差D影响弧形指数M计算结果；

其中，D_x为界址点坐标x轴连接的若干小段计算的标准差，D_y为界址点坐标y轴连接的若干小段计算的标准差，D_z为界址点坐标z轴连接的若干小段计算的标准差，η为校正参数，μ为弧形投影算子；

S1-5，针对校正参数η是为了将弧形指数调整的更加准确，根据界址点坐标与国家大地坐标系之间的映射关系进行校正计算，

其中c_n+1为下两个界址点之间的弧形弦长，c_n为两个界址点之间的弧形弦长，d为直径，s为弦长上限值；

根据标准差的结果来进行数据调整；如果标准差大，说明每个小段的长度与平均值之间的差异大，考虑对长度数据进行修正或者调整；

S2，根据特征界址点坐标数据形成二维建筑物界址面，由若干二维建筑物界址面形成三维建筑物界址面；

S3，根据三维建筑物界址面，形成建筑物基座的框架模型。

2.根据权利要求1所述的基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法，其特征在于，所述S2包括：

S2-1，根据弧形指数M，从而对宗地围合的建筑物周长进行融合计算，对建筑物形状进行导入，根据相应矩形面积和弧形面积，得到建筑物基座面积；

E＝F_i+M·F_j+F_k，

根据弧形的弧段长度，求出弓形面积，再得到由矩形和弓形形成的建筑物基座面积，

建筑物全部的矩形面积为其中，下标i为矩形的个数，p为矩形的长度，c为形成的带有弧度整体长度，r为弧形对应的半径；

建筑物全部的弓形面积下标j为弓形的个数，θ为弧形对应的角度，r为弧形对应的半径；

建筑物全部的三角形面积其中，k为三角形的个数，a为三角形底长，h为三角形的高度。

3.根据权利要求2所述的基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法，其特征在于，所述S2还包括：

S2-2，将不规则的多边形形状建筑物，划分为弓形、矩形、三角形的面积，从而求出总的规划面积；

S2-3，通过将建筑物平面分割成若干规则图形并计算面积来建立平面模型是一种有效的方法，但是这种方法不能直接用于建立立体模型；

建立建筑物的立体模型，需要通过测量得到的数据用于建立建筑物的三维模型，而三维建模软件则通过输入建筑物的尺寸和空间关系信息生成立体模型；

根据建筑物的高度是生成立体模型的关键要素，根据形成的建筑物平面界址面，组成的多边形来表示；这些仅仅是基础轮廓造型，需要对建筑物材质和纹理的外观效果进行立体模型添加，使其更加逼真，针对比例和尺寸来说，确保建筑物的比例和尺寸在立体模型中得到准确表达，以保持准确性。

4.根据权利要求1所述的基于三维场景数据进行建筑物室内模型建模方法，其特征在于，所述S3包括：

分层分户dwg某层平面图，是根据属性内容利用分层分户图对应的Fcy的数据，实际格式为Microsoft office的Access格式mdb数据库，通过该格式进行查询；

Fcy中重要的属性表包括房号户号对照表、户型信息表、图形信息表，其中图形信息表中的HandleID字段与分层分户图中dwg是相互对应的，这也是保障fcy中图形信息能够正确挂接到房屋产权模型上的基础；

对建筑物的dwg数据进行预处理之后，为了保持dwg和Fcy文件名一致，需要预先处理文件名，过滤掉无用的文本、点、空图形要素。