[发明专利]一种室内边界要素矩形的拓扑一致性优化方法

说明书

本发明提供了一种室内边界要素矩形的拓扑一致性优化方法，该方法可用于以平面图图像为数据源的室内自动制图与建模过程，当二维室内边界要素的邻接矩形之间出现叠置或相离等拓扑冲突，并且在确定了邻接矩形之间的共边时，该方法可对邻接矩形共边之间的三类拓扑约束关系进行建模优化，并以共边上的顶点移动量作为优化变量，设定共边共线约束、共边对齐约束和共边所连接的两条长边不相交约束，通过求解建立的优化模型得到最优变量，对邻接矩形的顶点位置进行微调，从而有效消除邻接矩形之间的叠置与相离。本发明的有益效果是：修复了室内边界要素之间的拓扑冲突，提高了室内房间检测率。

技术领域

本发明涉及室内制图与建模技术领域，尤其涉及一种室内边界要素矩形的拓扑一致性优化方法。

背景技术

近年来室内定位技术与室内位置服务快速发展，对室内地图与空间模型等基础数据的需求也飞速发展。建筑平面图图像是室内制图与建模生产中非常普及的一类数据源。相较于激光点云等测绘与建模方法，平面图是一种更易获取与处理的数据来源。然而，在当前的室内制图与建模生产中，以平面图图像为数据源的室内制图与建模需要专业的制图人员在平面图中提取墙体、房间、门窗等矢量空间要素，过程十分繁琐，效率低下，难以支撑大规模的室内空间数据生产。

基于平面图图像的室内制图与建模自动化，首先需要对平面图图像进行几何信息与语义信息的提取，而该过程则可能产生邻接要素之间的拓扑冲突，如叠置或相离等。与传统的室外地形要素拓扑修复不同，室内邻接要素之间的拓扑修复要求得到规整的形状，例如，两堵相互垂直的墙体应在拓扑修复后墙体邻接处的L型形状。更进一步说，室内边界邻接要素一般为规则的长方形，其拓扑修复结果应当保持形状的规则度，邻接的矩形共边之间需要满足更多的拓扑约束关系。而现有的二维几何拓扑修复方法主要面向室外的地形要素或建筑物轮廓等，并未针对上述的室内要素修复要求设计。因此，需要根据修复前的室内邻接要素形状与空间关系，提出能够保持修复结果规整度的拓扑修复方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种室内边界要素矩形的拓扑一致性优化方法，用于进行以建筑平面图图像为数据源的室内制图与建模过程中的拓扑修复，逐一移除邻接矩形之间存在着的叠置和缝隙。主要包括以下步骤：

S1：以邻接矩形的共边顶点移动量作为优化变量，设定共边共线约束、共边对齐约束和共边所连接的两条长边不相交约束；

所述共边共线约束为：其中，I₁(x_i1,y_i1)，I₂(x_i2,y_i2)，J₁(x_j1,y_j1)和J₂(x_j2,y_j2)为邻接矩形rect_i和rect_j的一对共边上的4个顶点坐标；

所述共边对齐约束为：

所述共边所连接的长边不相交约束为：S_i和S_j分别表示共边的4个顶点组成的三角形的面积，i＝1,2,3,4，j＝1,2,3,4，且j≠i；

S2：对所述优化变量进行求平方和，构建优化目标函数：步骤S1中的共边共线约束、共边对齐约束和共边所连接的两条长边不相交约束，以及优化目标函数构成所述邻接矩形的拓扑一致性优化模型；其中δ_n为优化变量，n＝1,2,3,4，即δ₁、δ₂、δ₃和δ₄均为优化变量；

S3：采用非线性优化问题求解器求解所述邻接矩形的拓扑一致性优化模型，得到最优变量，该最优变量用于修复所述邻接矩形的拓扑冲突。

进一步地，所述共边共线约束是指，共边顶点之间形成的三角形面积均为零，确保四个共边的顶点均在同一直线上。