[发明专利]一种用于电磁计算的城市环境快速建模方法

权利要求书

1.一种用于电磁计算的城市环境快速建模方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A：利用激光雷达以及光学摄像机扫描建模区域，并根据扫描的激光点云图与光学图像建立建模区域的包含电磁材质信息的稠密点云图；

B：根据稠密点云中各点的电磁材质信息对应的类别，对所述稠密点云图中的点云进行分割，得到点云构成的实体，其中，所述电磁材质信息包括：植物、玻璃、混凝土、地面；

C：针对每一个实体的几何结构，识别出各物体特征，利用各物体特征拟合出实体的重建模型，进而建立城市三维模型，其中，所述物体特征包括：墙面、门、屋顶、突出物以及窗户，且所述几何结构包括：大小、位置、方向以及拓扑结构；

所述实体包括起伏地形、平整地面、简单建筑、复杂建筑、树木，在实体属于简单建筑的情况下，基于全局拟合算法进行建筑建模；

所述基于全局拟合算法进行建筑建模，包括：

建立建筑模型物体特征的约束，其中，所述约束包括：面积、位置、方向、拓扑结构；

利用随机采样一致性算法对实体进行分割，得到局部几何基元组成的几何基元集{χ_i}；

根据几何基元集{χ_i}中包含的各个几何基元两两之间的平行、正交关系，得到几何基元间的组合关系，从几何基元间的组合关系构成的集合中选择出最大非冲突集利用带有约束的非线性优化算法将各个几何基元按照最大非冲突集中的组合关系对齐；

针对对齐后的最大非冲突集根据角度相同，建立若干个几何基元对，再以几何基元对为顶点建立关系图；

计算关系图中的两两几何基元对之间的空间距离，删除与其他几何基元对的空间距离大于设定距离的几何基元对；

针对每一个几何基元对，使用边将几何基元对与其他几何基元对连接起来，其中，所述几何基元对与其他几何基元对之间具备相似的角度；同时，利用公式，为新增加的边添加约束，其中，

s_c为边的置信分数；为几何基元i的方向向量与几何基元j的方向向量之间的夹角；为几何基元k的方向向量与几何基元l的方向向量之间的夹角；g_c:为边的约束；n_i为几何基元i；n_j为几何基元j；n_k为几何基元k；n_l为几何基元l；

将新增加的边的集合作为初始候选集，提取出初始候选集中具有等角关系的边组成的等角关系集；

利用公式，对等角关系集进行优化，其中，

min为最小值求值符号；∑为求和符号；E_d(P_i,χ_i)为点集P_i与基元χ_i之间的误差；w_pd²(p,χ_i)为数据的累积误差；w_p为几何基元的权重；d²(p,χ_i)为p点到几何基元的距离；

针对优化后的集合中的每一个边，判断是否与优化前的边相同；

若是，从等角关系集中优化前后相同边中，删除置信分数最低的边对应的基元对；

若否，返回执行所述对等角关系集进行优化的步骤，直至，优化次数达到设定次数；

获取置信分数最低的边对应的基元对的集合，针对该集合中的每一个基元对，利用公式，计算该基元对的置信分数以及约束，其中，

s_p为该基元对的置信分数；p_i为几何基元i各轴上的点；p_j为几何基元j各轴上的点；||||为求模符号；(p_i-p_j)^T为向量的转置；g_p:为该基元对的约束；

根据最大关系子集中各个基元对之间的法线向量的方向，对最大关系子集中的基元对进行共轴对齐处理，根据基元对的置信分数对优化后的对等角关系集中的基元对进行排序，得到对应的最大关系子集；根据最大关系子集对应的实体之间的关系得到建筑的三维模型。