[發(fā)明專利]一種災(zāi)后建筑物的3D重建方法

在審

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• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107393009A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊卓舒;紀(jì)勇;孟憲嫻
• 申請（專利權(quán)）人: 河北卓達(dá)建材研究院有限公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維圖像領(lǐng)域，具體地，涉及一種災(zāi)后建筑物的3D重建方法。

背景技術(shù)

建筑物三維重建是獲取建筑物三維結(jié)構(gòu)信息的重要手段，在城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測、通信設(shè)施建設(shè)和數(shù)字城市等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。長期以來,它一直是攝影測量、遙感、計(jì)算機(jī)視覺、模式識(shí)別以及測繪等領(lǐng)域長期研究的重要課題。目前國際上具有代表性的研究機(jī)構(gòu)有瑞士的蘇黎世工業(yè)大學(xué)、德國的波恩大學(xué)、英國的牛津大學(xué)、法國國家信息與自動(dòng)化研究所以及美國的南加州大學(xué)等。國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)主要有武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)以及中科院遙感所等。在幾十年的發(fā)展過程中，三維重建方法研究呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：①可用數(shù)據(jù)源越來越豐富，經(jīng)歷了由單一立體航空遙感影像對到多影像集成，再到多數(shù)據(jù)源融合的過程，新增數(shù)據(jù)包括LIDAR、地面規(guī)劃圖、DEM、SAR、等；②對建筑物的描述越來越細(xì)致，可重建的建筑物類型由簡單的長方體模型到具有普遍意義的尖頂、人字形以及平頂多邊形等，再到復(fù)雜獨(dú)特的建筑物模型，從而可以更加細(xì)致地描繪建筑物的結(jié)構(gòu)，逐步提高模型可測量精度；③建立的商業(yè)系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)原型系統(tǒng)自動(dòng)化程度越來越高，由最初的主要依靠人工完成到主要由機(jī)器自動(dòng)完成,再到當(dāng)前正在努力實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)建筑物三維重建系統(tǒng)。建筑物三維重建逐漸成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)視覺的研究熱點(diǎn)。

本領(lǐng)域大多數(shù)的研究和成果都是基于通常情況下具有正常外觀的建筑物，對規(guī)則的建筑物進(jìn)行區(qū)域檢測和三維模型重建。然而，災(zāi)后樓房呈現(xiàn)出不規(guī)則形狀，因而樓房的點(diǎn)、線、面相應(yīng)呈現(xiàn)出離散性和無序性，以及不可預(yù)期性，使得直接用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格重建，難以找到合理的規(guī)則，將會(huì)產(chǎn)生巨大的誤差，甚至導(dǎo)致三維重建失敗，嚴(yán)重影響了網(wǎng)格重建的效果。本文針對這些問題，采用帶有約束條件下的空間區(qū)域四面體剖分和三角剖分，即網(wǎng)格通過區(qū)域內(nèi)帶有約束條件的特定點(diǎn)、特定線和特定面，實(shí)現(xiàn)災(zāi)后建筑物的三維重建。

發(fā)明內(nèi)容

基于本領(lǐng)域?qū)τ跒?zāi)后建筑物重建的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種災(zāi)后建筑物的3D重建方法，可以達(dá)到精確快速的重建效果。

本發(fā)明包括一種災(zāi)后建筑物的3D重建方法，其特征在于：

步驟1，對災(zāi)后建筑物進(jìn)行航空攝影采樣和實(shí)地采樣，獲取建筑物表面和內(nèi)部的離散原始點(diǎn)，原始邊和原始面；

步驟2，建立受損建筑物的四面體網(wǎng)格和三角剖分網(wǎng)格；

步驟3，通過四面體網(wǎng)格和三角剖分網(wǎng)格獲取災(zāi)后建筑物數(shù)據(jù)，對災(zāi)后建筑物進(jìn)行三維重建。這一步驟，采用本領(lǐng)域常用的現(xiàn)有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)，也可以進(jìn)一步進(jìn)行模型可視效果增強(qiáng)。

優(yōu)選地，所述步驟2建立四面體網(wǎng)格和三角剖分網(wǎng)格，具體包括：

步驟2.1，從原始點(diǎn)中選取特定點(diǎn)，從原始邊中選取特定邊，從原始面中選取特定面，從而建立特定點(diǎn)集、特定邊集、特定面集；

步驟2.2，用特定點(diǎn)集建立初始四面體網(wǎng)格和初始三角剖分網(wǎng)格；

步驟2.3，進(jìn)行特定邊細(xì)分迭代過程；

步驟2.4，進(jìn)行特定面細(xì)分迭代過程。

優(yōu)選地，所述步驟2.1所建立的特定點(diǎn)集、特定邊集、特定面集，滿足以下約束條件：

2.1.1，各特定點(diǎn)之間、各特定邊之間、各特定面之間不重合；

2.1.2，特定點(diǎn)如果在特定邊上，則特定點(diǎn)一定是特定邊的端點(diǎn)；

2.1.3，如果兩特定邊有交點(diǎn)，則交點(diǎn)一定是特定邊的端點(diǎn)；

2.1.4，如果特定邊和特定面相交，交點(diǎn)一定是特定邊的端點(diǎn)；

2.1.5，兩特定面只在公共特定邊處相交；

2.1.6，所有特定邊的端點(diǎn)都是特定點(diǎn)，所有特定面的邊界線都是特定邊。

優(yōu)選地，所述步驟2.2用特定點(diǎn)集建立初始四面體網(wǎng)格和初始三角剖分網(wǎng)格，具體包括：

步驟2.2.1，對特定點(diǎn)集進(jìn)行點(diǎn)集的四面體剖分，得到一個(gè)初始的四面體剖分網(wǎng)格。

步驟2.2.2，對特定點(diǎn)集內(nèi)落在特定面上的所有的特定點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)集的平面三角剖分，生成每個(gè)特定面的初始的三角剖分網(wǎng)格。

優(yōu)選地，所述步驟2.3，進(jìn)行特定邊細(xì)分迭代過程，具體包括：

步驟2.3.1，檢查每個(gè)特定邊，如果所述邊在當(dāng)前的四面體剖分網(wǎng)格中不存在空外接球，將其從中點(diǎn)M處細(xì)分，并將點(diǎn)M作為節(jié)點(diǎn)加入四面體剖分網(wǎng)格中；

步驟2.3.2，同時(shí)，對于每個(gè)特定面，如果所述中點(diǎn)M落在特定面上，也將點(diǎn)M作為節(jié)點(diǎn)加入該特定面的當(dāng)前三角剖分網(wǎng)格中；每個(gè)特定面都有一個(gè)三角剖分網(wǎng)格，并將位于特定面的邊界以內(nèi)的三角形標(biāo)識(shí)出來。