[发明专利]一种基于点云数据的室内建筑三维建模方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于点云数据的室内建筑三维建模方法，首先获取三维点云数据并进行预处理，随后进行点云平面聚类提取平面片，根据平面片所包含的点集计算平面片的邻域，用于平面语义分类、合并处理、平面边界捕捉以及拓扑信息生成，最后输出由三维平面多边形构成的封闭的、包含语义和拓扑信息的室内建筑的三维面片模型。本发明克服了点云数据存在测量误差、密度分布不均匀、室内物体遮挡导致的数据不完整、缺乏语义信息等问题，提出了利用三维点云自动快速建立室内建筑三维面片模型的工作流程，能够处理不同来源的三维点云数据，为室内建筑自动快速建模提供新方法，为室内三维模型在测量、建筑装饰、物业管理等领域构建丰富的数据基础。

技术领域

本发明涉及三维激光扫描技术应用和三维建模技术领域，具体涉及一种基于点云数据的室内建筑三维建模方法及装置。

背景技术

尽管人类的大部分活动都在室内(建筑物内部)进行，但由于人类对个人所处环境的思维惯性以及技术条件限制，室内建筑的三维结构一直以来均被忽略。

现有技术中，室内应用中通常采用二维地图的方式，如公共建筑内的消防图和常规室内导航图。近年来，随着测量和计算机等技术的发展，室内三维模型或三维地图，也越来越多地用在建筑装修规划、室内导航、室内设施管理维护运营、室内环境质量仿真等工作中。地面三维激光扫描仪、多视影像(密集)匹配、深度相机、集成激光-姿态传感器和摄像头的室内移动测量系统等设备和技术可以高速、高密度、高精度的以三维点云的方式获取室内房屋和物体的大量三维坐标信息，一般被称为“点云数据”，因而受到机器人、室内环境与规划和测量领域的关注。

本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：

尽管采用了当前先进快速的三维点云获取设备和当前制图软件，但是目前的室内三维模型的构建工作中仍然以人工操作为主，极为耗时耗力，并且需要经验。

由此可知，现有技术的方法存在效率低的技术问题。因此，如何自动快速准确地建立室内三维模型成为当前机器人、室内环境和测量地理信息等领域的研究焦点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于点云数据的室内建筑三维建模方法及装置，用以解决或者至少部分解决现有技术的方法中存在的效率低的技术问题。

本发明第一方面提供了一种基于点云数据的室内建筑三维建模方法，包括：

步骤S1：获取室内建筑的三维点云数据；

步骤S2：对所述三维点云数据进行预处理；

步骤S3：对预处理后的三维点云数据进行平面聚类，提取聚类后的平面所包含的点，并根据提取出的点构建平面片方程；

步骤S4：计算每个平面片的邻域片面和几何信息；

步骤S5：根据平面片的几何信息和邻域关系，对平面片进行语义分类，获得平面片的语义类别信息；

步骤S6：对满足预设条件的相邻同类平面片进行合并处理；

步骤S7：对合并后的平面片进行边界计算，获得三维平面边界多边形；

步骤S8：输出所述三维语义平面边界多边形，将其作为室内建筑的三维面片模型，其中，所述三维平面边界多边形包含语义类别信息和邻域信息。

在一种实施方式中，步骤S2中对三维点云数据进行预处理的方法包括：点云平滑方法、法向量计算方法。

在一种实施方式中，步骤S3具体包括：

根据预处理后的三维点云数据的分布位置和法向，对三维点云数据进行平面聚类；

提取聚类后的平面所包含的点，并根据提取出的点，采用最小二乘或主成分分析方法，构建平面片方程。