[发明专利]一种基于电力塔点云的规则化建模方法

说明书

本发明提供了一种基于电力塔点云的规则化建模方法，属于计算机图形学领域，包括：采集电力塔点云数据，对电力塔进行分类；求取不同种类的电力塔分割层，在分割层中利用特征点提取算法获得分割层特征点；对电力塔结构进行分解，分析不同种类电力塔内部和外部图案，抽象出7种基本图元规则；将不同图案规则和分割层特征点相互组合构建出包含内外部完整结构的电力塔三维模型。该方法对不同种类的电力塔图案进行规则抽象，建模时通过组合图案规则快速实现建模，适用于不同的电力塔类型组件的建模；能在较短时间内生成电力塔的内部细节结构和外部轮廓结构且真实感较强的完整电力塔模型，具有建模时间短、易扩展、适用范围广和重建结构完整的优势。

技术领域

本发明属于计算机图形学领域，具体涉及一种基于电力塔点云的规则化建模方法。

背景技术

电力塔作为主要的建筑结构类型广泛存在于生活中，快速高质量地重建电力塔结构在虚拟现实、建筑设计和数字化城市等领域有着广泛的应用价值，在模拟电力塔结构受力分析(风荷载、冰荷载、线拉力等)和灾害发生预测(地震作用、山体滑坡等)等方面具有重要的科学意义。然而，由于电力塔本身的孔洞结构和类型多样性，使得快速完整的对电力塔进行建模存在困难。面对这一挑战，模型驱动的建模方法、数据驱动的建模方法和模型-数据驱动相结合的建模方法等三种主要的建模方法应用在电力塔点云上去重建电力塔模型，但以上研究聚焦在电力塔的外部轮廓结构建模，缺少电力塔的内部结构重建。而基于规则的建模方法可通过定义参数和相应的语法规则生成具备更多细节的建筑模型，因此如何利用基于规则的建模方法快速高效地重建电力塔的内外部结构在遥感领域是一个值得研究的热点问题。

电力塔是生活中常见的建筑对象，它不同于常规的结构规则模型，由于其孔洞多、图案结构复杂，导致快速重建电力塔模型成为一个挑战。电力塔的三维建模在研究过程中逐渐形成模型驱动的建模、数据驱动的建模和模型-数据驱动相结合的建模等三种建模方法，虽然这些建模方法能重建电力塔的外部轮廓结构，却难以重建电力塔的具有丰富细节的内部结构。

近年来，随着计算机硬件的性能大幅度提高和三维建模技术的快速发展，国内外在电力塔三维重建方法方面进行了大量的研究，也取得了很多有价值的成果，但基本上都能被归为如下三类：模型驱动的建模方法、数据驱动的建模方法和模型-数据驱动相结合的建模方法。下面将分别对以上三种建模方法的研究现状进行分析。

Chen等采用模型驱动的方法对电力塔建模，该方法首先根据所建立的电力塔概念模型，将复杂的电力塔分解为塔身、塔头和塔脚三个简单的部分，然后用不同的方法对每个部分进行重建。最后，利用位置和方向信息将模型各个部分组装成完整的电力塔模型。Li等通过提取塔头的几何特征，利用支持向量机分类器推导出塔头的几何类型。之后，通过在预定义的塔头模型库中寻找相对应的模型重建塔头。最后，通过拟合点云数据到平面重建塔身。Guo等通过三维参数模型库去重建电力塔，库中的模型用基于随机几何的多面体表示，通过模拟退火算法对能量进行最小化估计，在能量优化过程中自动地重建电力塔模型。但模型驱动的建模方法需要预先定义典型建筑物的模型库，重建建筑的类型仅限于符合预定义模型的建筑。