[發明專利]一種拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法及系統

有效

• 申請號: 202110463721.6
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113129443B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 佘江峰;王標;趙強;葛榮存;賀麗霞
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T17/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

1.一種拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法，其特征在于，包含以下步驟：

(1)按照建筑物格網是否連通將建筑物劃分為不同的組件；

(2)基于相交檢測方法對建筑物頂點進行分類與識別，分為邊界點、孔洞點以及普通點；所述邊界點是指與相鄰組件相交的邊中位于相交組件內部的頂點；所述孔洞點是指僅有一個鄰域三角形的邊的兩個頂點；除邊界點和孔洞點之外的點均為普通點；其中邊界點的提取方法為：首先構建組件的AABB包圍盒進行預篩選，分別進行包圍盒與包圍盒、三角形與包圍盒以及邊與包圍盒三個等級的相交檢測以縮小篩選范圍；其次將篩選后的邊與三角形進行相交檢測，提取出每個組件中與另一組件相交的邊界邊；最后構建邊界邊向量并計算其與相交三角形法向量的夾角，若夾角為銳角則向量后端點為邊界點，否則向量前端點為邊界點，若邊界邊穿組件而過，則兩端點均為邊界點；邊界點的提取還包括如下規則：若頂點同時具備邊界點和孔洞點的特征，則記為邊界點，同時對這些邊界點三角化，使組件閉合；在進行相交檢測時臨時對包圍盒和線段進行延伸；若某條邊穿組件而過，其有且僅有的兩個鄰接三角形法向量平行，則這兩個三角形的另外兩點也視為邊界點；

(3)引入邊折疊夾角定義新的邊折疊誤差度量公式，對于邊界點折疊，在QEM算法的基礎上增加代價倍數，所述代價倍數為基礎耗費倍率a與邊折疊夾角θ余弦值的比值；所述邊折疊夾角為邊界邊與相交三角形的夾角；其中對于普通點折疊，基于QEM算法計算誤差度量；對于孔洞點折疊，采用改進的QEM算法，以折疊邊的長度代替折疊后頂點到原頂點相鄰面的距離來計算誤差度量；誤差度量公式為：

其中(v₁,v₂)表示的是點v₁折疊到v₂，QEM(v₁,v₂)^*表示改進的QEM誤差度量；

(4)根據誤差度量計算邊折疊耗費并依次執行邊折疊操作以完成簡化過程。

2.根據權利要求1所述的拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法，其特征在于，步驟(1)中具體包括：

(1.1)遍歷建筑物所有格網，生成點集合P并將所有頂點標記為未訪問；

(1.2)從集合P中任選一個未訪問頂點作為起點，所有與其直接或間接相連的點均歸類為同一組件，在此期間訪問過的所有頂點均標記為已訪問；

(1.3)劃分過程中以隊列是否為空作為區分是否屬于同一組件的依據，訪問過程中不斷將屬于同一組件的未訪問頂點壓入隊列，當隊列為空時，表明這一組件的頂點全部提取完畢；

(1.4)循環執行(1.2)–(1.3)，直到所有的點均已被訪問，至此組件劃分完成。

3.根據權利要求1所述的拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法，其特征在于，步驟(2)中孔洞點的提取方法為：在整個模型中查找相鄰三角形數量為1的邊，其兩個頂點均為孔洞點。

4.根據權利要求1所述的拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法，其特征在于，在包圍盒與包圍盒、三角形與包圍盒以及邊與包圍盒相交檢測時，將包含關系也視為相交。

5.根據權利要求1所述的拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法，其特征在于，位于同一組件內部兩個邊界點之間的折疊，其折疊夾角定義為0°。

6.根據權利要求1所述的拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法，其特征在于，步驟(4)中具體包括：

(4.1)根據誤差度量計算所有邊的初始折疊耗費；

(4.2)選擇邊折疊耗費最小的邊執行邊折疊操作并重新計算其所有鄰接邊的折疊耗費；

(4.3)循環執行(4.2)直到達到預期的簡化率，至此簡化完成。

7.一種拓撲關系保持的三維建筑物簡化系統，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被加載至處理器時實現根據權利要求1-6任一項所述的拓撲關系保持的三維建筑物簡化方法。