[发明专利]中国唐朝风格古建筑的建模方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学三维可视化与数学建模技术领域，涉及一种三维点云中国唐朝风格古建筑的建模方法。

背景技术

传统的房屋三维建模主要是基于一组图片信息来实现的，如苏迪普塔(Sudipta)等设计的一种基于多幅无序照片的三维房屋建模方法，他是通过对多个不同视角的视点图像合成新的视点并进行匹配来建立整个对象的三维模型。这种方法有效的回避了真实场景中存在的几何复杂性，但恢复出的对象模型缺少准确的几何信息和三维信息，对房屋的某些拐角显示效果不理想，缺少真实的立体感，这种建模方法通常适合于精确度要求不太高的虚拟漫游领域，对立体感和真实感要求较高的领域该方法不适合。另外在上世纪90年代初期提出的著名的基于图像建模与绘制(IBMR)技术也是基于多幅图像来进行的建模。另一种基于图片信息的三维房屋建模方法是根据多视图立体几何原理，利用图片序列信息来构建大规模三维房屋模型的，这种方法需要对二维图片信息进行大量的处理，运行速度较慢，适用于小型单一建筑物的建模，对于结构相对复杂的房屋，由于受到计算机处理时间的限制并不适用，该方法的典型代表是2001年尼斯特(Nister)在其博士论文中提出的从未标定的视频序列自动恢复场景信息的方法。此外，2004年保利菲斯(Pollefeys)等人也提出了一种使用手持相机获取图片信息来恢复虚拟三维场景模型的建模方法。

由于数据采集设备的限制，早期的房屋三维建模结果缺少真实感，三维立体效果不明显而且处理速度缓慢。近年来随着激光扫描设备的发展，基于激光扫描数据的三维建模技术成为研究热点，三维激光扫描仪能够直接获取建模对象的深度数据信息，且方便快捷。在重建建筑物之前，需要确定建筑物类型和层次结构。目前，学者们也已经提出了三维自动重建的方法。目前大家使用较多的方法是采用法向量法来判断建筑物的类型。但是上述方法只适用于结构简单的房屋重建，对于结构复杂的建筑物重建效果不佳。有的方法也只能针对其中的一部分建筑物进行模型提取。如:蒂莫西(Timothy)等提出的自动建筑物模型只针对平顶，人字型，四坡型三种建筑物类型。而马丁胡贝尔(Martin Huber)等提出的方法采用的是多面体模型，只适合建筑物顶部由数个平面构成的类型。像对于古建筑物的屋顶还没有提出相关适合的模型。

对于复杂结构的建筑物的三维重建，目前还没有比较成熟的通用模型。由于建筑物房顶类型复杂多样，直接导致了建筑物模型提取的困难。现有的方法也只能适用于较为规则的建筑物，解决这种问题的方法，目前采用的思想是将复杂建筑物进行分解成一个个简单规则的建筑物，用相应的模型来进行三维重建。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中国唐朝风格古建筑的建模方法，解决现有技术只适用于较为规则的简单建筑物，对于结构复杂的建筑物重建效果不佳的问题。

本发明的技术方案是，中国唐朝风格古建筑的建模方法，首先将基于点云的古建筑模型分层，对其相似层聚类，得到古建筑的不同组成部分；然后利用古建筑的对称性对不同组成部分进行缺失数据填补；通过Hough变换和最小二乘法分别提取直线和圆来实现初等解析曲面重建；接着根据每层点的特点，对每层选取相同的点，按照坐标的位置关系，形成四边形网格模型，实现自由曲面重建；最后通过纹理映射的方法实现古建筑的真实感绘制。

本发明的特点还在于：

具体包括：

步骤1、古建筑模型的分割；

步骤2、古建筑的缺失数据填补；

步骤3、古建筑的初等解析曲面重建；

步骤4、古建筑的自由曲面重建；

步骤5、进行真实感绘制。

上述古建筑模型的分割步骤为：

首先，求出古建筑的包围盒即所有点集的X，Y，Z各个方向的最大最小点，然后将空间立方体按照垂直方向N等分，在每个N等分点处，按照平行于Z轴方向上下浮动指定的阈值，形成多个子立方体，并将其从小到大分层存放；

设定的阈值Thshold可由下式求得：

Theshold=(Z_max-Z_min)/n     (1)