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基于结构构件识别的户型图三维重建算法研究

作　者: 朱俊芳
导　师: 张慧
学　校: 清华大学
专　业: 软件工程
关键词: 户型图重建结构构件识别搜环空间信息楼层坐标对齐
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

由二维建筑户型图自动重建三维建筑模型不仅能支持真实感渲染、建筑评估等应用，还能通过分析户型图空间的几何和语义信息，为室内漫游、火灾逃生等应用提供重要信息。本文通过分析二维建筑户型图，得到其空间拓扑和语义信息，并快速生成三维模型。主要工作包括：(1)对户型图中最普遍存在的墙体和柱子两种结构构件，提出基于基本结构元素图（Shape-Opening Graph，简称SOG）的墙体识别算法和具有反馈机制的柱子识别算法。首先，通过分析墙体特点，提出基本结构元素的概念，并引入基本结构元素间形状与形状相交、形状与开口相邻、开口与开口相邻三种关系；然后，从已识别出的门窗符号出发，利用基本结构元素关系，构建SOG图，加入SOG图的形状包含的线即为墙体线；最后，根据已识别墙体线与候选柱子的位置关系，根据已识别的墙体识别柱子，进而基于已识别的柱子识别SOG图未能识别到的墙体。SOG图的建立过程不仅是识别户型图中墙体线的过程，也是构建墙体和开口拓扑位置关系的过程。(2)在搜环预处理的基础上，提出基于搜环的功能空间恢复算法。首先，通过分析开口与墙体的位置关系，提出基于优先级的开口墙体等价线算法和柱子墙体等价线算法；然后，为满足每条墙体线只存在于一个环中并且图中所有环为功能空间，提出基于奇偶规则的墙线预处理算法和悬边补齐算法；接着，在预处理后的墙线中搜环，并分析每个环对应的功能空间信息；最后，通过构建建筑层次树以描述建筑拓扑关系。该算法不仅提高了后续三维拉伸的效率，并且将识别结果从几何层面提升到了语义层面。(3)提出多楼层户型图的对齐算法和整栋建筑三维拉伸算法。首先，通过标注轴线匹配的方式统一不同楼层坐标；然后，通过拉伸外环、剪去内环、安装地板、挖空门窗、安装开口和柱子模型等步骤重建最终建筑三维模型。该算法将单层重建扩展到多层重建，将一张图纸包含一张户型图拓展到包含多张户型图，扩大了算法的处理范围。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-18
  1.1 研究背景与意义  8-9
    1.1.1 研究背景  8
    1.1.2 二维建筑户型图三维重建特点  8-9
  1.2 研究现状及文献综述  9-15
    1.2.1 基于扫描户型图的三维重建  10-11
    1.2.2 基于矢量建筑户型图的三维重建  11-14
    1.2.3 现有方法的问题  14-15
  1.3 本文研究工作  15-16
  1.4 论文章节安排  16-18
第2章建筑结构构件识别算法  18-35
  2.1 结构构件识别预处理  18-21
  2.2 结构构件识别算法  21-34
    2.2.1 基于图层信息的结构构件识别算法  21-26
    2.2.2 基于基本结构元素关系图的墙体线识别算法  26-30
    2.2.3 具有反馈机制的柱子构件识别算法  30-34
  2.3 本章小结  34-35
第3章功能空间恢复与三维重建  35-64
  3.1 搜环预处理  35-46
    3.1.1 基于优先级的开口墙体等价线算法  35-38
    3.1.2 柱子墙体等价线算法  38-41
    3.1.3 基于奇偶规则的墙体打断算法  41-44
    3.1.4 悬边补齐算法  44-46
  3.2 搜环算法  46-47
  3.3 功能空间获取  47-48
  3.4 单层建筑拉伸  48-54
    3.4.1 开口等价二维模型  48-52
    3.4.2 单楼层三维拉伸  52-54
  3.5 多楼层对齐三维重建  54-56
  3.6 实验结果和效率分析  56-62
  3.7 本章小结  62-64
第4章总结和展望  64-66
  4.1 总结  64-65
  4.2 展望  65-66
参考文献  66-69
致谢  69-71
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  71

基于结构构件识别的户型图三维重建算法研究

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