建筑物半自动规则化重建

项目简述

以实景三维模型为基础,通过简单的人工交互,将建筑物重建为拓扑完整、规则性强、精度高的简洁多边形网格:在MeshLab框架下进行建筑物半自动规则化重建系统开发,将建筑物抽象为立面、附属物和屋顶三种智能基元,并针对复杂屋顶结构恢复进行深入研究,在低矮密集建筑群和独栋别墅区均取得较好效果。

重建结果:

三维视图:

演示视频:

整体思路

提出了一种基于智能基元的建筑物半自动规则化重建(单体化)方法,并以拓扑与几何分离为基本思路进行构建

立面和附属物基元

对于立面和附属物基元,拓扑结构可以通过人工绘制图形方便地确定,几何位置依赖于主方向约束下的平面拟合与优化

立面

立面基元 定义为由一系列垂直于地面的平面首尾相接、两两相连形成的拓扑完整的封闭几何体

附属物

附属物基元 定义为依附在平面上的基本三维实体,如长方体(Cuboid)、球体(Sphere)、圆柱(Cylinder)、圆锥(Cone)等

屋顶基元

屋顶基元结构较为复杂,其构建过程可以概括为:首先基于人工绘制图形和自动提取的结构特征约束边进行带约束狄洛尼三角化恢复屋顶拓扑结构,之后锁定屋脊方向,在保持基元规则性的同时优化其顶点坐标位置

屋顶基元 定义为由一系列垂直于立面的平面组合而成的拓扑完整的封闭几何体

实验分析

在芬兰赫尔辛基的一处密集建筑群和中国某地的一处独栋别墅区进行实验,两地区的原始三维模型和建筑风格均各有其特点,测试智能基元在复杂环境下的场景表示能力及精度

密集建筑群

该地区建筑物密集,屋顶结构相对简单,但连体建筑较多,立面缺失现象严重。同时,Mesh模型中三角面多为各向同性,数量较多,结构特征不明显,且场景中存在较多树木与建筑连体的现象,含有大量噪声

独栋别墅区

该地区建筑各自独立,基本上不存在立面缺失现象,但屋顶结构都比较复杂。同时,该区域原始模型三角面多为各向异性,数量相对较少,平面平整且结构特征明显

总结

基于C++在MeshLab框架下开发了一套基于智能基元的建筑物半自动单体化系统,并分别在芬兰的一处密集建筑群和中国的一处独栋别墅区进行测试与精度分析。实验结果表明此方法能够借助用户的简单交互,将复杂场景下的建筑物高效精确地重建为由智能基元组成的简洁多边形网格。