[发明专利]基于同伦映射算法的建筑物三维模型仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于同伦映射算法的建筑物三维模型构建方法及系统，为了解决现有的使规则形状来仿真建筑物不能满足对多变造型的建筑物的建模仿真，缺乏真实感的问题，本发明的基于同伦映射算法的建筑物三维模型构建方法，利用同伦映射算法可从一个函数光滑过渡到另一个函数的特点，利用已有建筑的部分二维信息，生成映射函数，求出建筑物各层轮廓，实现了对已有建筑物的三维快速建模，以达到真实的逼真的仿真效果。

技术领域

本发明属于仿真领域，尤其涉及一种基于同伦映射算法的建筑物三维模型构建方法及系统。

背景技术

三维的城市模型在许多领域的研究中都有重要的应用，如城市规划、建筑设计、虚拟城市、疏散仿真等领域。三维城市建模中对建筑物的三维仿真，大部分还停留在以几何方块加贴图来对建筑物进行简单的仿真，目前也存在使用三维点云数据进行仿真，但因其对数据的分割处理非常复杂，多用于规则建筑物的仿真。

随着时代的发展，建筑材料的多样化，现代建筑的造型不再是规则的长方体，而越来越趋向于多变造型，利用了曲面、非对称等多种造型手法，通过点、线、面、体彰显了现代建筑的特点。使规则形状来仿真建筑物已经不能满足对多变造型的建筑物的建模仿真，缺乏真实感。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种基于同伦映射算法的建筑物三维模型构建方法。本发明利用同伦映射算法可从一个函数光滑过渡到另一个函数的特点，利用已有建筑的部分二维信息，生成映射函数，求出建筑物各层轮廓，实现了对已有建筑物的三维快速建模，以达到真实的逼真的仿真效果。

本发明的一种基于同伦映射算法的建筑物三维模型构建方法，该方法在处理器或服务器内完成，具体包括：

分别获取建筑物的底层平面图像、顶层平面图像和侧面图像，进而确定出建筑物底层轮廓的控制点坐标、顶层轮廓的控制点坐标以及侧面变化曲线的控制点坐标；

分别根据建筑物底层轮廓和顶层轮廓的控制点坐标，构建出建筑物底层轮廓曲线函数和顶层轮廓曲线函数；

将建筑物侧面变化曲线的控制点坐标进行标准化，再进行曲线拟合得到同伦映射函数；

利用同伦映射函数将建筑物底层轮廓曲线函数和顶层轮廓曲线函数映射到建筑物各个层，得到建筑物各个层轮廓曲线上控制点的横坐标和纵坐标；再根据建筑物的相应层的层高，得到建筑物各个层轮廓曲线上控制点的竖直坐标；

最终根据建筑物各个层轮廓曲线上的控制点横坐标、纵坐标和竖直坐标，构建出建筑物的三维模型。

进一步的，构建出建筑物底层轮廓曲线函数和顶层轮廓曲线函数的过程包括：

分别对建筑物底层轮廓的控制点坐标和建筑物顶层轮廓的控制点坐标以多边形进行模拟，得到建筑物底层轮廓曲线函数和建筑物顶层轮廓曲线函数。

其中，顶层曲线的点列个数应与底层轮廓的点列个数完全相同。本发明利用多边形模拟建筑物底层轮廓和建筑物顶层轮廓，得到更接近实际情况的轮廓曲线函数。

进一步的，所述同伦映射函数的取值范围为[0,1]；根据建筑物底层轮廓曲线函数和顶层轮廓曲线函数分别与其相应权重相乘之后再累加，得到建筑物各个层轮廓曲线上控制点的横坐标和纵坐标；其中建筑物底层轮廓曲线函数的权重为1与同伦映射函数的差值；顶层轮廓曲线函数权重为同伦映射函数。

本发明利用同伦映射函数，将建筑物底层轮廓曲线函数和顶层轮廓曲线函数映射到建筑物的各个层，这样更符合建筑物本身的结构特点，使得建立出的建筑物三维模型更具有真实感。

进一步的，得到同伦映射函数的过程包括：

对标准化后的建筑物侧面变化曲线的控制点坐标进行指数拟合或傅立叶拟合或高斯拟合或插值拟合或多项式拟合，得到同伦映射函数。