[發明專利]一種三維建筑模型屋頂輪廓線的提取方法

有效

• 申請號: 202010168973.1
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111508073B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 李碩文;陸鵬飛;陳佳舟;黃奕涵;朱志凌;秦緒佳
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.一種三維建筑模型屋頂輪廓線的提取方法，包括以下步驟：

步驟1、對三維建筑物模型進行預處理，提取出屬于屋頂部分的三角面片；具體包括：針對單幢三維建筑物模型首先提取出屋頂面的三角面片,將面片高度大于h，且面片法向量與地面法向量夾角小于θ的三角面片視作屋頂面片，h取1/2建筑物高度的值；θ取20度；

步驟2、采用Alpha Shapes算法進行輪廓線粗提取；具體包括：采用Alpha Shapes方法提取屋頂面外輪廓線，提取過程等同于用一個半徑為α的圓在點集周圍滾動，從屋頂三角面片的所有頂點集S中任意點P開始，在與之距離小于2α的點構成的子集S₂中任取一點Q，求出P、Q點的圓心O；然后判斷以點O為圓心，半徑為α的圓內是否有其他的點，若沒有則P、Q為邊界點，線段PQ為邊界線段，否則，對點集S₂中下一個點重復判斷，直到S₂中全部點判斷結束；最后，取點集S中下一個點重復上述判斷，直到S中全部點判斷結束；當上述流程結束后，所有的邊界線段都被提取了出來，按序連接起來就得到了粗糙的輪廓線；

步驟3、將粗輪廓線通過最小平方法的輪廓線簡化方法進行化簡；具體包括：點到直線的最大距離閾值d和最小直線長度閾值l，d設置為0.5倍的平均點間距，l設置為3倍的平均點間距；以按序排列的外輪廓二維點集U_s為輸入，以按序排列的經過簡化后的二維點集為輸出，具體步驟如下：

(3.1)按順序依次選取輪廓線上U_s的三個連續的頂點a、b、c，并且用最小平方法擬合出經過這三個頂點的一條直線L，計算三個頂點到直線L的距離，如果任意一個頂點到直線L的距離大于閾值d，則下一步轉到第4步；否則，令集合U＝{a,b,c}；

(3.2)取集合U兩端點作為p和q，分別以p和q作為起點向兩側進行延伸，延伸過程中會遇到新的頂點，如果新的頂點到直線L的距離小于閾值d，則將其加入到集合U中，并將其作為新的起點再一次進行延伸；否則在該頂點處停止延伸；

(3.3)在第(3.2)步中，如果存在新的頂點被加入集合U中，則對集合U中的所有頂點用最小平方法重新擬合一條直線L，轉第(3.2)步；否則，轉第(3.4)步；

(3.4)判斷集合U擬合出的直線的長度，若直線長度大于閾值l，則將集合U兩端的頂點保留，舍棄中間的頂點；否則，舍棄所有的頂點；

(3.5)如果還有連續的三個頂點沒有判斷過，則轉第(3.1)步；

步驟4、采用分類強制正交方法將簡化的輪廓線規則化；具體包括：將所有的外輪廓線段按方向向量進行統一分類，分成互相正交的兩類線段，具體方法是：找出最長的線段為初始線段，其他線段與之判斷，若兩線段方位角的差在閾值范圍內，則歸為A類，否則歸到B類；然后根據每類線段的長度加權平均方位角調整每一條線段，計算出線段的新端點；保持A類線段平均方位角不變，將B類線段平均方位角強制與其正交，得到B類新的平均方位角；然后調整每條線段，即以線段中心點為軸心，將線段調整至新平均方位角，并求出新線段兩兩相交的交點，作為新的端點；最后將所有新的頂點依次首尾相連，得到一個規則化的建筑物外輪廓線。