[发明专利]一种拓扑关系保持的三维建筑物简化方法及系统

权利要求书

1.一种拓扑关系保持的三维建筑物简化方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)按照建筑物格网是否连通将建筑物划分为不同的组件；

(2)基于相交检测方法对建筑物顶点进行分类与识别，分为边界点、孔洞点以及普通点；所述边界点是指与相邻组件相交的边中位于相交组件内部的顶点；所述孔洞点是指仅有一个邻域三角形的边的两个顶点；除边界点和孔洞点之外的点均为普通点；其中边界点的提取方法为：首先构建组件的AABB包围盒进行预筛选，分别进行包围盒与包围盒、三角形与包围盒以及边与包围盒三个等级的相交检测以缩小筛选范围；其次将筛选后的边与三角形进行相交检测，提取出每个组件中与另一组件相交的边界边；最后构建边界边向量并计算其与相交三角形法向量的夹角，若夹角为锐角则向量后端点为边界点，否则向量前端点为边界点，若边界边穿组件而过，则两端点均为边界点；边界点的提取还包括如下规则：若顶点同时具备边界点和孔洞点的特征，则记为边界点，同时对这些边界点三角化，使组件闭合；在进行相交检测时临时对包围盒和线段进行延伸；若某条边穿组件而过，其有且仅有的两个邻接三角形法向量平行，则这两个三角形的另外两点也视为边界点；

(3)引入边折叠夹角定义新的边折叠误差度量公式，对于边界点折叠，在QEM算法的基础上增加代价倍数，所述代价倍数为基础耗费倍率a与边折叠夹角θ余弦值的比值；所述边折叠夹角为边界边与相交三角形的夹角；其中对于普通点折叠，基于QEM算法计算误差度量；对于孔洞点折叠，采用改进的QEM算法，以折叠边的长度代替折叠后顶点到原顶点相邻面的距离来计算误差度量；误差度量公式为：

其中(v₁,v₂)表示的是点v₁折叠到v₂，QEM(v₁,v₂)^*表示改进的QEM误差度量；

(4)根据误差度量计算边折叠耗费并依次执行边折叠操作以完成简化过程。

2.根据权利要求1所述的拓扑关系保持的三维建筑物简化方法，其特征在于，步骤(1)中具体包括：

(1.1)遍历建筑物所有格网，生成点集合P并将所有顶点标记为未访问；

(1.2)从集合P中任选一个未访问顶点作为起点，所有与其直接或间接相连的点均归类为同一组件，在此期间访问过的所有顶点均标记为已访问；

(1.3)划分过程中以队列是否为空作为区分是否属于同一组件的依据，访问过程中不断将属于同一组件的未访问顶点压入队列，当队列为空时，表明这一组件的顶点全部提取完毕；

(1.4)循环执行(1.2)–(1.3)，直到所有的点均已被访问，至此组件划分完成。

3.根据权利要求1所述的拓扑关系保持的三维建筑物简化方法，其特征在于，步骤(2)中孔洞点的提取方法为：在整个模型中查找相邻三角形数量为1的边，其两个顶点均为孔洞点。

4.根据权利要求1所述的拓扑关系保持的三维建筑物简化方法，其特征在于，在包围盒与包围盒、三角形与包围盒以及边与包围盒相交检测时，将包含关系也视为相交。

5.根据权利要求1所述的拓扑关系保持的三维建筑物简化方法，其特征在于，位于同一组件内部两个边界点之间的折叠，其折叠夹角定义为0°。

6.根据权利要求1所述的拓扑关系保持的三维建筑物简化方法，其特征在于，步骤(4)中具体包括：

(4.1)根据误差度量计算所有边的初始折叠耗费；

(4.2)选择边折叠耗费最小的边执行边折叠操作并重新计算其所有邻接边的折叠耗费；

(4.3)循环执行(4.2)直到达到预期的简化率，至此简化完成。

7.一种拓扑关系保持的三维建筑物简化系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-6任一项所述的拓扑关系保持的三维建筑物简化方法。