[發明專利]基于改進同倫映射算法的建筑物三維模型構建方法及系統

有效

• 申請號: 201710093928.2
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106898046B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 陳莉;劉弘;李焱;張桂娟;陸佃杰;鄭向偉
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T17/00;G06T3/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種基于改進同倫映射算法的建筑物三維模型構建方法及系統，其中該方法包括：分別獲取建筑物的底層平面圖像、頂層平面圖像和側面圖像，進而構建出建筑物底層輪廓曲線函數、頂層輪廓曲線函數和建筑物側面變化曲線；將建筑物側面變化曲線的控制點坐標進行標準化，再進行曲線擬合得到同倫映射函數；再基于改進同倫映射算法，得到建筑物的各層輪廓曲線上控制點的水平面二維坐標；根據建筑物的層數以及層高，得到建筑物的各個層輪廓曲線上的控制點的豎直坐標；根據建筑物的各個層輪廓線上控制點坐標值，依次生成各層輪廓曲線，最終得到出整個建筑物的三維模型。

技術領域

本發明屬于建筑物模型設計領域，尤其涉及一種基于改進同倫映射算法的建筑物三維模型構建方法及系統。

背景技術

建筑是一門藝術，是一個復雜的綜合體，是“城市的雕塑”，它反映了人類文明的歷史與科學技術的進步。隨著時代的發展，建筑材料的多樣化，現代建筑的造型不再是規則的長方體，而越來越趨向于多變造型，利用了曲面、非對稱等多種造型手法，通過點、線、面、體彰顯了現代建筑的特點。

現有的建筑物的三維模型構建方法都是采用規則形狀來仿真的，但是這種使規則形狀來仿真建筑物已經不能滿足對多變造型的建筑物的建模仿真，缺乏真實感。

發明內容

為了解決現有技術的缺點，本發明的第一目的是提供一種基于改進同倫映射算法的建筑物三維模型構建方法。

本發明的一種基于改進同倫映射算法的建筑物三維模型構建方法，該方法在處理器或服務器內完成，具體包括：

分別獲取建筑物的底層平面圖像、頂層平面圖像和側面圖像，進而構建出建筑物底層輪廓曲線函數f(x,y)、頂層輪廓曲線函數g(x,y)和建筑物側面變化曲線；

將建筑物側面變化曲線的控制點坐標進行標準化，再進行曲線擬合得到同倫映射函數k(t)；

再基于改進同倫映射算法，得到建筑物的各層輪廓曲線上控制點的水平面二維坐標(x,y)，其滿足公式：F(t,x,y)＝f(x,y)(1-k(t))+g(x,y)k(t)+k₁A(x,y)+k₂R(x,y)；

其中，A(x,y)為預設的中軸函數；R(x,y)為預設的旋轉偏轉函數；t為同倫映射函數的參數；k(t)和t取值范圍均為[0,1]；k₁與k₂均為常系數，只取0或1；

根據建筑物的層數以及層高，得到建筑物的各個層輪廓曲線上的控制點的豎直坐標z；

根據建筑物的各個層輪廓線上控制點坐標值(x,y,z)，依次生成各層輪廓曲線，最終得到出整個建筑物的三維模型。

進一步的，構建出建筑物底層輪廓曲線函數和頂層輪廓曲線函數的過程包括：

從獲取的建筑物的底層平面圖像和頂層平面圖像，進而確定出建筑物底層輪廓的控制點坐標和頂層輪廓的控制點坐標；

根據建筑物底層輪廓的控制點坐標和頂層輪廓的控制點坐標，分別進行曲線擬合，得到建筑物底層輪廓曲線函數和頂層輪廓曲線函數。

其中，頂層曲線的點列個數應與底層輪廓的點列個數完全相同。本發明利用曲線擬合，比如：多邊形模擬，得到建筑物底層輪廓和建筑物頂層輪廓，得到更接近實際情況的輪廓曲線函數。

進一步的，得到同倫映射函數的過程包括：

對標準化后的建筑物側面變化曲線的控制點坐標進行指數擬合或傅立葉擬合或高斯擬合或插值擬合或多項式擬合，得到同倫映射函數。

本發明利用同倫映射函數，將建筑物底層輪廓曲線函數和頂層輪廓曲線函數映射到建筑物的各個層，這樣更符合建筑物本身的結構特點，使得建立出的建筑物三維模型更具有真實感。