一种建筑物的三维模型的获取方法及系统

1.本发明涉及建筑物模型获取技术领域，尤其涉及一种建筑物的三维模型的获取方法及系统。


背景技术：

2.数字城市，又称数码城市，或智能城市，是指综合运用计算机数字化手段对城市的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强大功能，用于重大决策的效果预演和对未来发展预测的技术系统。城市建模是数字城市的重要内容和必要步骤，而城市模型的构建基于建筑物的三维模型的构建，因此，现有技术中提出了建筑物的三维模型的获取技术，建筑物的三维模型的获取一般包括建筑物白模构建和纹理获取两部分工作，通过将建筑物的纹理贴图在建筑物白模上，获得建筑物的三维模型，其中，用于贴图的三维模型称为白模，现有的建筑物的三维模型的获取方法为纯人工方法，在建筑物白模建好以后，通过人工的方法在白模表面贴建筑物的纹理，从而获得建筑物的三维模型。
3.经检索，中国专利号cn103886640b公开了一种建筑物的三维模型的获取方法及系统，虽然能够获得带所述侧面纹理和顶面纹理的建筑物的三维模型，以简化贴图流程、提高自动化程度、并缩短建模周期，但是其。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种建筑物的三维模型的获取方法及系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种建筑物的三维模型的获取方法，该建筑物的三维模型的获取方法具体步骤如下：
7.步骤一：采集建筑物数据：通过拍摄设备拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据，同时获取建筑物上任意点的地理位置，再根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图；
8.步骤二：构建建筑物三维顶面：根据步骤一中所述地理位置，选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组，再根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面；
9.步骤三：构建建筑物白模：选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再选择与平面顶面特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长，以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据建筑物三维顶面形成建筑物白模预模，将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征
点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复生成建筑物内部面，即得建筑物白模；
10.步骤四：构建建筑物三维模型：提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理，再将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模上，即得建筑物三维模型。
11.进一步地，步骤二中所述选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组的具体过程为：在x轴和y轴数值相同的情况下，提取z轴的最大值和最小值，再结合x轴和y轴数值，形成一对特征点，并建立映射关系，重复上述操作，可形成第一组特征点，再于第一组特征点中选择z轴数值相同的特征点，若特征点个数＞1，则形成平面顶面特征点组，若特征点个数＝1，则选取与该特征点x轴、y轴和z轴数值最接近的特征点，形成弧面顶面特征点组。
12.一种建筑物的三维模型的获取系统，包括数据采集端和模型构建端；其中，所述数据采集端包括摄像模块、坐标获取模块、特征点选择模块、户型获取模块和发送模块；所述模型构建端包括白模生成模块、纹理提取模块和三维模型生成模块；
13.所述摄像模块用于拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据；所述坐标获取模块用于获取建筑物上任意点的地理位置，并发送至特征点选择模块；其中，获取建筑物上任意点的地理位置具体操作为：
14.s1、获取拍摄设备的地理坐标，形成原点坐标；
15.s2、根据拍摄设备的拍摄范围，以原点坐标为起始建立空间坐标系，再于空间坐标系中选择一个地理坐标点作为控制点，并将控制点对应拍摄设备的成像矩阵中的像素点，再将控制点和像素点导入地理坐标转化单元，进而依据投影变换和坐标转换得到成像矩阵中其它像素点的地理坐标；
16.s3、根据建筑物所在的像素点导出建筑物各点的地理坐标，即得建筑物上任意点的地理位置；
17.所述特征点选择模块用于选择特征点，具体操作步骤为：
18.ss1、在x轴和y轴数值相同的情况下，提取z轴的最大值和最小值，再结合x轴和y轴数值，形成一对特征点，并建立映射关系，重复上述操作，可形成第一组特征点；
19.ss2、在第一组特征点中选择z轴数值相同的特征点，若特征点个数＞1，则形成平面顶面特征点组，若特征点个数＝1，则选取与该特征点x轴、y轴和z轴数值最接近的特征点，形成弧面顶面特征点组。
20.进一步地，所述户型获取模块根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图；所述发送模块将平面顶面特征点组、弧面顶面特征点组和楼层平面图发送至白模生成模块，将二维图片数据发送至纹理提取模块。
21.进一步地，所述白模生成模块用于生成建筑物白模，具体为：
[0022]ⅰ、根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面；
[0023]ⅱ、选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再根据步骤ss1中的映射关系，选择与平面顶面特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长；
[0024]ⅲ、以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据
建筑物三维顶面形成建筑物白模预模；
[0025]ⅳ、将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复步骤ⅲ，生成建筑物内部面，即得建筑物白模。
[0026]
进一步地，所述纹理提取模块用于提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理；所述三维模型生成模块将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模上，即得建筑物三维模型。
[0027]
进一步地，步骤s2中所述投影变换和坐标转换的基本方法采用数值解析变换法。
[0028]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0029]
1、本发明通过获取建筑物上任意点的地理位置，再根据地理位置，选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组，使得特征点的选择较为简便，从而简化了建筑物三维顶面的构建过程，同时缩小了建筑物白模的构建计算量，不仅降低了构建成本，还可提高构建效率。
[0030]
2、本发明通过将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复生成建筑物内部面，即得建筑物白模，使得建筑物的三维模型具有内部结构，从而丰富了三维模型。
附图说明
[0031]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0032]
图1为本发明提出的一种建筑物的三维模型的获取方法的获取流程示意图；
[0033]
图2为本发明提出的一种建筑物的三维模型的获取系统的模块流程示意图。
具体实施方式
[0034]
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0035]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0036]
实施例1：
[0037]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种建筑物的三维模型的获取方法，该建筑物的三维模型的获取方法具体步骤如下：
[0038]
步骤一：采集建筑物数据：通过拍摄设备拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据，同时获取建筑物上任意点的地理位置，再根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图；
[0039]
步骤二：构建建筑物三维顶面：根据步骤一中地理位置，选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组，再根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面；选择平面
顶面特征点组和弧面顶面特征点组的具体过程为：在x轴和y轴数值相同的情况下，提取z轴的最大值和最小值，再结合x轴和y轴数值，形成一对特征点，并建立映射关系，重复上述操作，可形成第一组特征点，再于第一组特征点中选择z轴数值相同的特征点，若特征点个数＞1，则形成平面顶面特征点组，若特征点个数＝1，则选取与该特征点x轴、y轴和z轴数值最接近的特征点，形成弧面顶面特征点组；
[0040]
步骤三：构建建筑物白模：选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再选择与平面顶面特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长，以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据建筑物三维顶面形成建筑物白模预模，将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复生成建筑物内部面，即得建筑物白模；
[0041]
步骤四：构建建筑物三维模型：提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理，再将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到建筑物白模上，即得建筑物三维模型。
[0042]
具体的，在构建建筑物白模预模的过程中，通过拍摄设备拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据，同时获取建筑物上任意点的地理位置，再根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图，再根据地理位置，选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组，再根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面，再选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再选择与平面顶面特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长，以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据建筑物三维顶面形成建筑物白模预模，使得特征点的选择较为简便，从而简化了建筑物三维顶面的构建过程，同时缩小了建筑物白模的构建计算量，不仅降低了构建成本，还可提高构建效率。
[0043]
实施例2：
[0044]
请参阅图2，本发明提供一种技术方案：一种建筑物的三维模型的获取系统，包括数据采集端和模型构建端；其中，数据采集端包括摄像模块、坐标获取模块、特征点选择模块、户型获取模块和发送模块；模型构建端包括白模生成模块、纹理提取模块和三维模型生成模块；
[0045]
摄像模块用于拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据；坐标获取模块用于获取建筑物上任意点的地理位置，并发送至特征点选择模块；其中，获取建筑物上任意点的地理位置具体操作为：
[0046]
s1、获取拍摄设备的地理坐标，形成原点坐标；
[0047]
s2、根据拍摄设备的拍摄范围，以原点坐标为起始建立空间坐标系，再于空间坐标系中选择一个地理坐标点作为控制点，并将控制点对应拍摄设备的成像矩阵中的像素点，再将控制点和像素点导入地理坐标转化单元，进而依据投影变换和坐标转换得到成像矩阵
中其它像素点的地理坐标；投影变换和坐标转换的基本方法采用数值解析变换法；
[0048]
s3、根据建筑物所在的像素点导出建筑物各点的地理坐标，即得建筑物上任意点的地理位置；
[0049]
特征点选择模块用于选择特征点，具体操作步骤为：
[0050]
ss1、在x轴和y轴数值相同的情况下，提取z轴的最大值和最小值，再结合x轴和y轴数值，形成一对特征点，并建立映射关系，重复上述操作，可形成第一组特征点；
[0051]
ss2、在第一组特征点中选择z轴数值相同的特征点，若特征点个数＞1，则形成平面顶面特征点组，若特征点个数＝1，则选取与该特征点x轴、y轴和z轴数值最接近的特征点，形成弧面顶面特征点组；
[0052]
户型获取模块根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图；发送模块将平面顶面特征点组、弧面顶面特征点组和楼层平面图发送至白模生成模块，将二维图片数据发送至纹理提取模块；
[0053]
白模生成模块用于生成建筑物白模，具体为：
[0054]ⅰ、根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面；
[0055]ⅱ、选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再根据步骤ss1中的映射关系，选择与平面顶面特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长；
[0056]ⅲ、以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据建筑物三维顶面形成建筑物白模预模；
[0057]ⅳ、将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复步骤ⅲ，生成建筑物内部面，即得建筑物白模；
[0058]
纹理提取模块用于提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理；三维模型生成模块将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到建筑物白模上，即得建筑物三维模型。
[0059]
具体的，在构建建筑物三维模型的过程中，将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复生成建筑物内部面，即得建筑物白模，使得建筑物的三维模型具有内部结构，从而丰富了三维模型，与此同时，提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理，再将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到建筑物白模上，即得建筑物三维模型。
[0060]
本发明的工作原理及使用流程：通过拍摄设备拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据，同时获取建筑物上任意点的地理位置，使得后续特征点的选择较为简便，从而简化了建筑物三维顶面的构建过程，同时缩小了建筑物白模的构建计算量，不仅降低了构建成本，还可提高构建效率，再根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图，再根据地理位置，选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组，再根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面，再选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再选择与平面顶面
特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长，以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据建筑物三维顶面形成建筑物白模预模，将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复生成建筑物内部面，即得建筑物白模，使得建筑物的三维模型具有内部结构，从而丰富了三维模型，与此同时，提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理，再将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到建筑物白模上，即得建筑物三维模型，完成操作。
[0061]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种建筑物的三维模型的获取方法，其特征在于，该建筑物的三维模型的获取方法具体步骤如下：步骤一：采集建筑物数据：通过拍摄设备拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据，同时获取建筑物上任意点的地理位置，再根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图；步骤二：构建建筑物三维顶面：根据步骤一中所述地理位置，选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组，再根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面；步骤三：构建建筑物白模：选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再选择与平面顶面特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长，以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据建筑物三维顶面形成建筑物白模预模，将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复生成建筑物内部面，即得建筑物白模；步骤四：构建建筑物三维模型：提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理，再将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模上，即得建筑物三维模型。2.根据权利要求1所述的一种建筑物的三维模型的获取方法，其特征在于，步骤二中所述选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组的具体过程为：在x轴和y轴数值相同的情况下，提取z轴的最大值和最小值，再结合x轴和y轴数值，形成一对特征点，并建立映射关系，重复上述操作，可形成第一组特征点，再于第一组特征点中选择z轴数值相同的特征点，若特征点个数＞1，则形成平面顶面特征点组，若特征点个数＝1，则选取与该特征点x轴、y轴和z轴数值最接近的特征点，形成弧面顶面特征点组。3.一种建筑物的三维模型的获取系统，其特征在于，包括数据采集端和模型构建端；其中，所述数据采集端包括摄像模块、坐标获取模块、特征点选择模块、户型获取模块和发送模块；所述模型构建端包括白模生成模块、纹理提取模块和三维模型生成模块；所述摄像模块用于拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据；所述坐标获取模块用于获取建筑物上任意点的地理位置，并发送至特征点选择模块；其中，获取建筑物上任意点的地理位置具体操作为：s1、获取拍摄设备的地理坐标，形成原点坐标；s2、根据拍摄设备的拍摄范围，以原点坐标为起始建立空间坐标系，再于空间坐标系中选择一个地理坐标点作为控制点，并将控制点对应拍摄设备的成像矩阵中的像素点，再将控制点和像素点导入地理坐标转化单元，进而依据投影变换和坐标转换得到成像矩阵中其它像素点的地理坐标；s3、根据建筑物所在的像素点导出建筑物各点的地理坐标，即得建筑物上任意点的地理位置；所述特征点选择模块用于选择特征点，具体操作步骤为：ss1、在x轴和y轴数值相同的情况下，提取z轴的最大值和最小值，再结合x轴和y轴数
值，形成一对特征点，并建立映射关系，重复上述操作，可形成第一组特征点；ss2、在第一组特征点中选择z轴数值相同的特征点，若特征点个数＞1，则形成平面顶面特征点组，若特征点个数＝1，则选取与该特征点x轴、y轴和z轴数值最接近的特征点，形成弧面顶面特征点组。4.根据权利要求3所述的一种建筑物的三维模型的获取系统，其特征在于，所述户型获取模块根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图；所述发送模块将平面顶面特征点组、弧面顶面特征点组和楼层平面图发送至白模生成模块，将二维图片数据发送至纹理提取模块。5.根据权利要求3所述的一种建筑物的三维模型的获取系统，其特征在于，所述白模生成模块用于生成建筑物白模，具体为：ⅰ、根据平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组构建平面顶面和弧面顶面，再通过平滑算法对平面顶面和弧面顶面进行平滑处理，形成建筑物三维顶面；ⅱ、选择平面顶面特征点组中x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而可形成建筑物顶面周长，再根据步骤ss1中的映射关系，选择与平面顶面特征点所对应的特征点，形成终止特征点组，在z轴数值相同的情况下，选择x轴数值的极值和y轴数值的极值，并提取该特征点，形成周长特征点，从而构建终止周长；ⅲ、以建筑物顶面周长为起始，终止周长为结束，向下生成建筑物侧面，最后根据建筑物三维顶面形成建筑物白模预模；ⅳ、将楼层平面图中的立墙俯视图与平面顶面特征点组对应，从而形成楼层立墙特征点组，进而形成楼层立墙周长，以终止周长所在平面为结束，重复步骤ⅲ，生成建筑物内部面，即得建筑物白模。6.根据权利要求3所述的一种建筑物的三维模型的获取系统，其特征在于，所述纹理提取模块用于提取二维图片数据中的建筑物侧面纹理和顶面纹理；所述三维模型生成模块将建筑物侧面纹理和顶面纹理贴图到所述建筑物白模上，即得建筑物三维模型。7.根据权利要求3所述的一种建筑物的三维模型的获取系统，其特征在于，步骤s2中所述投影变换和坐标转换的基本方法采用数值解析变换法。

技术总结
本发明公开了一种建筑物的三维模型的获取方法及系统，属于建筑物模型获取技术领域，该建筑物的三维模型的获取方法具体步骤如下：步骤一：采集建筑物数据：通过拍摄设备拍摄建筑物外观图，形成二维图片数据，同时获取建筑物上任意点的地理位置，再根据租房网站或物业发布的户型平面图，拼接组合成楼层平面图；步骤二：构建建筑物三维顶面：根据步骤一中所述地理位置，选择平面顶面特征点组和弧面顶面特征点组，本发明能够使得特征点的选择较为简便，从而简化了建筑物三维顶面的构建过程，同时缩小了建筑物白模的构建计算量，不仅降低了构建成本，还可提高构建效率，且能够使得建筑物的三维模型具有内部结构，从而丰富了三维模型。型。型。


技术研发人员：邹维宏 宋伟东 费嘉楠 宋杨
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/1