[發明專利]一種基于點云數據的室內建筑三維建模方法及裝置

在審

• 申請號: 201910058150.0
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109887082A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 艾明耀;申力;李加元;胡慶武
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/10;G06T17/20;G06K9/62
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅飛

1.一種基于點云數據的室內建筑三維建模方法，其特征在于，包括：

步驟S1：獲取室內建筑的三維點云數據；

步驟S2：對所述三維點云數據進行預處理；

步驟S3：對預處理后的三維點云數據進行平面聚類，提取聚類后的平面所包含的點，并根據提取出的點構建平面片方程；

步驟S4：計算每個平面片的鄰域片面和幾何信息；

步驟S5：根據平面片的幾何信息和鄰域關系，對平面片進行語義分類，獲得平面片的語義類別信息；

步驟S6：對滿足預設條件的相鄰同類平面片進行合并處理；

步驟S7：對合并后的平面片進行邊界計算和簡化，獲得三維平面邊界多邊形；

步驟S8：輸出所述三維平面邊界多邊形，將其作為室內建筑的三維面片模型，其中，所述三維平面邊界多邊形包含語義類別信息和鄰域信息。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2中對三維點云數據進行預處理的方法包括：點云平滑方法、法向量計算方法。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3具體包括：

根據預處理后的三維點云數據的分布位置和法向，對三維點云數據進行平面聚類；

提取聚類后的平面所包含的點，并根據提取出的點，采用最小二乘或主成分分析方法，構建平面片方程。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4中的鄰域關系通過下述方式計算：

根據平面片所包含點的與另一個平面片所包含點的鄰域數量情況，計算出每個平面片的鄰域片面。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，平面片的幾何信息包括：與垂直方向的角度、表面積、最小高度、最大高度、平均高度、線形性、平面性，鄰域關系包括鄰域之間的幾何關系，具體包括垂直、平行、相鄰和共面關系，步驟S5具體包括：

根據平面片的幾何信息和鄰域之間的幾何關系，采用SVM或者MRF方法區分各平面片的類別，獲得平面片的語義類別信息。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，平面片的語義類別信息包括：室內墻面、地面和天花板三類。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S7具體包括：

根據合并處理后的平面片中包含的點云集合，提取出平面片的邊界多邊形；

將邊界多邊形中與鄰域之間的距離符合預設值的節點捕捉至平面片與鄰域的交線處；

對捕捉后的邊界多邊形進行簡化處理。

8.一種基于點云數據的室內建筑三維建模裝置，其特征在于，包括：

數據獲取模塊，用于獲取室內建筑的三維點云數據；

預處理模塊，用于對所述三維點云數據進行預處理；

聚類模塊，用于對預處理后的三維點云數據進行平面聚類，提取聚類后的平面所包含的點，并根據提取出的點構建平面片方程；

鄰域計算模塊，用于計算每個平面片的鄰域片面和幾何信息；

語義分類模塊，用于根據平面片的幾何信息和鄰域關系，對平面片進行語義分類，獲得平面片的語義類別信息；

平面片合并模塊，用于對滿足預設條件的相鄰同類平面片進行合并處理；

平面片邊界捕捉模塊，用于根據合并處理后的平面片中包含的點云集合，計算平面片的邊界多邊形，并將邊界多邊形中與鄰域之間的距離符合預設值的節點捕捉至平面片與鄰域的交線處，再對邊界多邊形進行簡化；

模型輸出模塊，用于輸出簡化后的三維平面邊界多邊形及其語義和鄰域信息，將其作為室內建筑的三維面片模型，其中，所述三維平面邊界多邊形包含語義類別信息和鄰域信息。

9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，預處理模塊具體通過下述方法進行預處理：點云平滑方法、法向量計算方法。

10.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，聚類模塊具體用于：

根據預處理后的三維點云數據的分布位置和法向，對三維點云數據進行平面聚類；

提取聚類后的平面所包含的點，并根據提取出的點，采用最小二乘或主成分分析方法，構建平面片方程。