CN117421373B - 一种人工模型转换为语义模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种人工模型转换为语义模型的方法，包括如下步骤：S1利用同质图结构来组织模型文件；S2利用S1组织的模型文件，转换模型；S3生成语义数据及展示。本发明利用同质图给出了组织模型文件的语义化以及选择性展示的快速方法，分清了各图元之间的分区、属性、细节等之间的逻辑关系，并方便选择性展示。

Description

一种人工模型转换为语义模型的方法

技术领域

本发明涉及GIS领域，具体而言，涉及一种人工模型转换为语义模型的方法，属于建筑图形处理领域。

背景技术

语义模型，顾名思义，是指对自然语言的语义进行建模的而形成的语义模型。它的基本思想是通过对自然语言的语义进行分析,来提取出其中的语义信息,从而实现对自然语言的理解和处理。现有技术中，构建语义模型时通常在人工模型上进行图像处理(边缘算法或智能模型算法)，或根据一定规则构建的简单几何图形(例如通过几何线段代表一个图元)来实现图元的语义表示。其本质就是利用建筑人工模型中待语义化的描述人工模型的参数和属性而进行的空间和描述的分割。现有技术中这些参数和属性并没有进行有效的数据组织，而是在单纯进行语义分割之后采用伪彩或文字指示来给观察者语义展示，其结果是参数和属性被利用完进行语义生成之后仅剩下展示的用途，并不能很好地展现这些参数和属性之间的逻辑关系，也即建筑图源之间的逻辑关系，从而在语义生成模型上无法方便地展示所需要的建筑图元。

采用关联表来表示是一种可行的方案，然而关联表仅仅是一种一维单向的指针，尚需要加上其他属性参数比如坐标来明确指针发生的地理空间位置。因此如何系统地来展示地理区域中所有建筑的建筑图元之间的不同层次，则需要从参数属性的逻辑组织结构中重新设计。

另一方面，地理区域大量建筑需要语义分割，计算量极大，加之语义分割算法的复杂性，因此还需要考虑计算负荷和语义分割。

如何定义一种简单灵活的文件组织结构，实现人工模型转换为三维语义模型，融合多种LOD及属性信息，从而增强数据使用场景和分析能力，这些均为现有技术中需要急迫解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本发明考虑如下方案，第一，将建筑先进行空间分区，分批计算，减少单次语义生成的计算负荷量，其次建立不同的细节粒度的模型，使得展示有不同的需求满足，第三如何组织上述的算法，也即如何组织上述算法对应的模型文件结构，和化简语义算法。

鉴于上述考虑，本发明提供一种人工模型转换为语义模型的方法，包括如下步骤：

S1利用同质图结构来组织模型文件；

S2利用S1组织的模型文件，转换模型；

S3生成语义数据及展示。

其中S1具体包括：

S1-1建立地理区域范围内包括建筑图元室内外白模、道路图元、水系图元、植被图元、交通设施图元、山地丘陵图元的白模，将各白模建立到同一个一级图元目录中,所述一级图元目录下具有多个二级分区目录；

S1-2基于二级分区目录再分支成至少两个三级LOD目录，不同的LOD目录下的白模的各图元的描述细节不同；

S1-3基于三级LOD目录再分支为四级子目录；

S1-4以各级目录为节点，节点之间形成边，构建模型文件同质图G[V(i),E(j)],其中V为各级目录作为的节点集合，i为目录下具体的目录内容的集合，E(j)为各级目录节点之间的边的集合，j为代表边的标识号的集合，所述标识号用于表示一条边依次从一级目录到四级目录所历经的各节点及其中目录内容，和目录内容之下所有项目。

所述一级目录包含多个二级分区目录、实体模板、一级配置，其中所述分区目录以地理范围划分而设定，将划分的每一个区块中所有建筑模型及其目录内容和目录内容之下所有项目都归到该二级分区目录中。划分分区目录是为了限制每个目录包含的模型数量，防止单个目录模型数量过多导致消耗计算机资源过大。

所述实体模板包含存储属性字段信息，用于表达包含的属性项目以及属性项目下具体的属性类型，所述一级配置包含存储模型的元数据信息，所述属性项目包括图元类型，各图元材质，纹理，所述属性类型包括每一个属性项目下所包含的不同的属性类型。例如材质下面包含的属性主要有：环境光强度，漫反射颜色，自发光颜色，高光颜色，光泽度，透明度，是否平滑等。

所述元数据信息包括坐标系，模型唯一标识字段名，obj模型路径字段名，模型中心点和定位点。

所述二级分区目录具体包括实体属性，第二配置，至少两个三级LOD目录，其中实体属性包括存储模型的属性信息，具体包括属性项目下具体属性类型，以及具体属性类型的尺寸、规格、表示图案等。

所述第二配置为可定制化的可选配置，至少包括第一配置中的元数据信息项目和/或与第一配置中的元数据信息完全不同的其他项目，例如模型所处行政区域、街道、建造年代、房产登记信息、法律状态(比如是否处于被拍卖或正常使用状态)等。

所述至少两个三级LOD目录包含具有相互不同模型细节的建筑模型(室内外白模)。

进一步地，所述三级LOD目录包括第三配置，shapefile数据，人工模型数据(obj)，四级子目录，所述第三配置为可定制化的可选配置，至少包括第二配置中的元数据信息项目和/或与第二配置中的元数据信息完全不同的其他项目，具体包括小区信息、开发商信息、建造单位信息。

所述四级子目录包括子对象目录，包括室内家具模型；子结构目录，包括屋顶模型；以及人工模型数据。

进一步地，所述边的标识号采用数字、字母、标点，及其他符合的组合来表示，且所述边历经所有节点，若节点下的目录内容为空则用null表示，且所述目录内容包括实体模板、第一配置、实体属性、第二配置、第三配置、shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型。

由此通过标识号，能够清晰地描述边所历经的各节点下目录内容。

可选地，所述标识号是按照目录内容二级分区目录、实体模板、一级配置、实体属性、第二配置、三级LOD目录、第三配置、shapefile数据、人工模型数据、四级子目录，按顺序分别编号组成符号串，并且在每一个符号后紧接着根据具体目录内容下所包括的项目(例如上述的实体模板包含的存储属性字段信息、一级配置包含存储模型的元数据信息，所述第二配置为可定制化的可选配置等)的预设代码进行排列，从而形成一个长字符串而形成。

步骤S2具体包括：

S2-1将地理区域中各室内外白模按照白模的中心点和定位点，定位于地理区域的设置的坐标系中的，形成各分区的建筑群全白模：

S2-2获取全白模中与被多光谱相机拍建筑构件材质对应的特征波段成分，并且基于SAM模型监督学习获取构件语义分割结果(需要指出的是，上述S2-2步骤并非必需步骤，仅仅存在于后续需要贴图和赋予正确的纹理的场合，具有上述S2-2步骤会更加流畅)。

其中所述中心点位于建筑白模的重心，所述定位点位于预选的白模中的一点，优选地为全白模底部顶点中任一点。

步骤S3具体包括：

S3-1根据全白模语义分割结果，将不同的LOD目录下相应各图元的shapefile数据，人工模型数据(obj)，以及室内家具模型和屋顶模型相应定位到全白模语义分割结果中。

也即对于不同模型细节。以窗为例，将窗体框表示的LOD(1，x)，x为具体一栋建筑全白模的编号，具体窗体框和具体窗扇表示的，LOD(2，x)，以及在此基础上反应窗体框材质和玻璃材质的LOD(3，x)之下的对应shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型贴合到全白模语义分割结果中，即属于窗的语义范围则贴合相应的各LOD下的shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型。

S3-2将定位好的相应的不同的LOD目录下shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型中各标记上对应的标识号，用户通过在同质图中选择节点目录内容，或根据展示需要编辑所需要边具备的目录内容，生成相应的标识号；

S3-3将生成的标识号与相应的定位好的shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型标记上的标识号，进行比对，仅对于比对成功的即进行展示。

其中shapefile数据包含了表征人工模型数据的项目名称、在实际坐标系下的比例尺寸数据、窗扇尺寸、窗框宽度、材质、颜色。

优选地，在展示屏幕上可以选择或点击各图元，并可以显示和查看对应的shapefile数据。

有益效果

1.通过基于全光谱特征波段和SAM模型进行语义划分，得到更为精确的语义分割结果，2.将shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型等数据定位到语义分割结果中，从而将二维(窗、门，墙面)、三维模型(建筑全白模、家具、屋顶等)，也即二维三维的各图元通过所述定位而形成语义模型，

3.利用同质图构架引申出各图元的标识号，分清了各图元之间的分区、属性、细节等之间的逻辑关系，并方便选择性展示。

附图说明

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

图1本发明实施例1一种人工模型转换为语义模型的方法流程图，

图2步骤S1具体步骤流程示意图，

图3模型文件同质图的示例性局部，

图4步骤S2和S3的流程示意图，

图5以窗为例，在不同目录LOD(a)LOD(1，a)，(b)LOD(2，a)(c)LOD(3，a)下的语义表示。

具体实施方式

实施例1

图1给出了一种人工模型转换为语义模型的方法，以建筑为例，包括如下步骤：

S1利用同质图结构来组织模型文件；

S2利用S1组织的模型文件，转换模型；

S3生成语义数据及展示。

其中，S1如图2所示，具体包括了S1-1建立地理区域范围内包括建筑图元的室内外白模，将室内外白模建立到同一个一级图元目录中,所述一级图元目录下具有多个二级分区目录；

S1-2基于二级分区目录(以*号地理分区为例)再分支成三个三级LOD目录，不同的LOD目录下的白模的建筑图元的描述细节不同；以小区a为例，分为了LOD(1，a)，LOD(2，a)，LOD(3，a)三个三级LOD目录

S1-3基于三个三级LOD目录，以LOD(3，a)为例，再分支为四级子目录(以其中一栋建筑X为例)，其中包含了子对象目录，即建筑家具目录(其下右餐桌椅等项目)和子结构目录，如屋顶目录(其下右屋顶、围墙、烟道出风口项目项目)，以及建筑X的人工模型数据；

其中所述一级目录包含二级分区目录、实体模板、一级配置，其中所述分区目录以地理范围划分而设定，将划分的每一个区块中所有建筑模型及其目录内容和目录内容之下所有项目都归到该二级分区目录中。划分分区目录是为了限制每个目录包含的模型数量，防止单个目录模型数量过多导致消耗计算机资源过大。

所述实体模板包含存储属性字段信息，用于表达包含的属性项目以及属性项目下具体的属性类型，所述一级配置包含存储模型的元数据信息，所述属性项目包括图元类型，建筑图元，材质，纹理，所述属性类型包括每一个属性项目下所包含的不同的属性类型。例如材质属性项目下包括钢筋混凝土、预制板、拼装材料等。

所述元数据信息包括坐标系，模型唯一标识字段名，obj模型路径字段名，模型中心点和定位点。

所述二级分区目录具体包括实体属性，第二配置，至少两个三级LOD目录，其中实体属性包括存储模型的属性信息，具体包括属性项目下具体属性类型，以及具体属性类型的尺寸(窗体，墙体，屋顶的只存)、规格(建筑使用的浇铸混凝土的水泥标号，钢筋规格等)、表示图案(如纹理表示的图案)等。

所述第二配置为可定制化的可选配置，至少包括第一配置中的元数据信息项目和/或与第一配置中的元数据信息完全不同的其他项目，例如模型所处行政区域、街道、建造年代、房产登记信息、法律状态等。

所述至少两个三级LOD目录包含具有相互不同模型细节的建筑模型。

进一步地，所述三级LOD目录包括第三配置，shapefile数据，人工模型数据(obj)，

四级子目录，所述第三配置为可定制化的可选配置，至少包括第二配置中的元数据信息项目和与第二配置中的元数据信息完全不同的其他项目，具体包括小区信息、开发商信息、建造单位信息。图3中以LOD(1，a)为例给出了目录下X建筑的shp和YZ两栋建筑的obj的数据。

所述四级子目录包括室内家具模型，屋顶模型。图3中给出了XYZ的四级目录，以及具体给出了X的室内家具shp数据和obj数据，以及X和Y的屋顶obj数据。

S1-4如图3，以一级图元目录、分区目录、LOD目录、四级目录为节点，节点之间形成边(如图中绿色箭头表示的边，而实际是无向的，此处箭头仅仅显示目录分支的顺序走向)，构建模型文件同质图G[V(i),E(j)],其中V为各级目录作为的节点集合，i为目录下具体的目录内容的集合，E(j)为各级目录节点之间的边的集合，j为代表边的标识号的集合，所述标识号用于表示一条边依次从一级目录到四级目录所历经的各节点中目录内容及其之下所有项目的表示。比如以实体模板属性字段为attr-x(x表示字段名称)，第一配置坐标系c1-coord(c1表示第1配置)，分区目录ca(c表示分区目录，a表示小区a)，实体属性eattt，第二配置c2，1a表示LOD(1，a)，第三配置c3，shapefile，obj1(表示三级LOD目录下obj数据)，室内家具模型fur，屋顶模型roof，obj2(表示四级子目录中的obj数据)，则标识码写成attr-xc1-coordca()eattt()c2()1ac3()shapefile()obj()fur()roof()，其中括号代表项目的待排列的预设代码，可以是阿拉伯数字，因此一种可能的标识符为例可以是attr-xc1-coordca(1)eattt(2)c2(3)1ac3(4)shapefile(5)obj1(Null)fur(6)roof(7)obj2(8)，即如图3中加粗表示的一条边，其中Null表示obj数据为空。

实施例2

本实施例主要描述S2和S3。如图4所示，步骤S2具体包括：

S2-1将地理区域中各室内外白模按照白模的中心点和定位点，定位于地理区域的设置的坐标系XOY中的，形成各分区的建筑群全白模(图中以实施例1中一栋建筑X为例)：

S2-2获取全白模中与被多光谱相机拍建筑构件材质对应的特征波段成分，并且基于SAM模型监督学习获取构件语义分割结果。

步骤S3具体包括：

S3-1根据全白模语义分割结果，将不同的LOD目录下相应建筑图元的shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型相应定位到全白模语义分割结果中。

如图5所示，也即对于不同模型细节。以窗为例，在目录LOD(1，a)下，建筑X的窗的人工模型数据为窗框(图5(a))，在目录LOD(2，a)下，建筑X的窗的人工模型数据为窗框和具体窗扇(图5(b))，在目录LOD(3，a)下建筑X的窗的人工模型数据为窗框材质和玻璃材质(图5(c))，将窗框、窗扇、窗框材质以及窗玻璃材质和对应shapefile数据贴合到全白模语义分割结果中。

S3-2将定位好的相应的不同的LOD目录下shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型中各标记上对应的标识号，用户通过在同质图中选择节点目录内容(如图3中可以进行点击节点下拉菜单然后选择具体项目)，或根据展示需要编辑所需要边具备的目录内容，生成相应的标识号；

S3-3将生成的标识号与相应的定位好的shapefile数据，人工模型数据(obj)、室内家具模型，屋顶模型标记上的标识号，进行比对，最后在LOD(3，a)目录中比对成功X建筑，则仅对于比对成功的X建筑即进行语义数据展示。

最后点击查看shapefile，可以看到数据菜单上项目名称为北卧室窗，尺寸为3m出2.3m，窗扇尺寸：0.7×1.3m，窗框宽度：5cm，材质：框，铝合金，窗，双层钢化玻璃。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种人工模型转换为语义模型的方法，包括如下步骤：

S1利用同质图结构来组织模型文件；

S2利用S1组织的模型文件，转换模型；

S3生成语义数据及展示；

其中S1具体包括：

S1-1建立地理区域范围内包括建筑图元的室内外白模、道路图元、水系图元、植被图元、交通设施图元、山地丘陵图元的白模，将各白模建立到同一个一级图元目录中，所述一级图元目录下具有多个二级分区目录；

S1-2基于二级分区目录再分支成至少两个三级LOD目录，不同的LOD目录下的白模的各图元的描述细节不同；

S1-3基于三级LOD目录再分支为四级子目录；

S1-4以各级目录为节点，节点之间形成边，构建模型文件同质图G[V(i),E(j)],其中V为各级目录作为的节点集合，i为目录下具体的目录内容的集合，E(j)为各级目录节点之间的边的集合，j为代表边的标识号的集合，所述标识号用于表示一条边依次从一级目录到四级目录所历经的各节点及其中目录内容，和目录内容之下所有项目；

步骤S2具体包括：

S2-1将地理区域中各室内外白模按照白模的中心点和定位点，定位于地理区域的设置的坐标系中，形成各分区的建筑群全白模；

S2-2获取建筑群全白模中与被多光谱相机拍摄的建筑构件材质对应的特征波段成分，并且基于SAM模型监督学习获取构件语义分割结果；其中所述中心点位于室内外白模的重心，所述定位点位于预选的白模中的白模底部顶点中任一点；

步骤S3具体包括：

S3-1根据构件语义分割结果，将不同的LOD目录下相应各图元的shapefile数据，人工模型数据obj，以及室内家具模型和屋顶模型相应定位到构件语义分割结果中；

S3-2将定位好的相应的不同的LOD目录下shapefile数据，人工模型数据obj、室内家具模型，屋顶模型中各标记上对应的标识号，用户通过在同质图中选择节点目录内容，或根据展示需要编辑所需要边具备的目录内容，生成相应的标识号；

S3-3将生成的标识号与相应的定位好的shapefile数据，人工模型数据obj、室内家具模型，屋顶模型标记上的标识号，进行比对，仅对于比对成功的即进行展示，

其中shapefile数据包含了表征人工模型数据的项目名称、在实际坐标系下的比例尺寸数据、窗扇尺寸、窗框宽度、材质、颜色。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一级目录包含多个二级分区目录、实体模板、一级配置，其中所述分区目录以地理范围划分而设定，将划分的每一个区块中所有建筑模型及其目录内容和目录内容之下所有项目都归到该二级分区目录中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实体模板包含存储属性字段信息，用于表达包含的属性项目以及属性项目下具体的属性类型，所述一级配置包含存储模型的元数据信息，所述属性项目包括图元类型，各图元材质，纹理，所述属性类型包括每一个属性项目下所包含的不同的属性类型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，材质属性项目下包括钢筋混凝土、预制板、拼装材料，所述元数据信息包括坐标系，模型唯一标识字段名，obj模型路径字段名，模型中心点和定位点，所述二级分区目录具体包括实体属性，第二配置，至少两个三级LOD目录，其中实体属性包括存储模型的属性信息，具体包括属性项目下具体属性类型，以及具体属性类型的尺寸、规格、表示图案，所述第二配置为可定制化的可选配置，至少包括第一配置中的元数据信息项目和/或与第一配置中的元数据信息完全不同的其他项目，包括模型所处行政区域、街道、建造年代、房产登记信息、法律状态，所述至少两个三级LOD目录包含具有相互不同模型细节的建筑模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三级LOD目录包括第三配置，shapefile数据，人工模型数据obj，四级子目录，所述第三配置为可定制化的可选配置，至少包括第二配置中的元数据信息项目和/或与第二配置中的元数据信息完全不同的其他项目，具体包括小区信息、开发商信息、建造单位信息，所述四级子目录包括子对象目录，包括室内家具模型；

子结构目录，包括屋顶模型；以及人工模型数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述边的标识号采用数字、字母、标点，及其他符合的组合来表示，且所述边历经所有节点，若节点下的目录内容为空则用null表示，且所述目录内容包括实体模板、第一配置、实体属性、第二配置、第三配置、shapefile数据，人工模型数据obj、室内家具模型，屋顶模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述标识号是按照目录内容二级分区目录、实体模板、一级配置、实体属性、第二配置、三级LOD目录、第三配置、shapefile数据、人工模型数据、四级子目录，按顺序分别编号组成符号串，并且在每一个符号后紧接着根据具体目录内容下所包括的项目的预设代码进行排列，从而形成一个长字符串而形成。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在展示屏幕上选择或点击各图元，并显示和查看对应的shapefile数据。