基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建筑特征線自動提取

崔云健 曹媛媛 文 言 鄭 曦

（1.江蘇海洋大學(xué)測繪與海洋信息學(xué)院，江蘇 連云港 222005）（2.重慶交通大學(xué)土木學(xué)院，重慶 400074；3.中國醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，沈陽 110001）

0 引言

三維激光掃描技術(shù)被稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，其能快速獲得原始的測繪數(shù)據(jù)，并完整、高精度地重建實(shí)體[1]。隨著技術(shù)的不斷成熟，海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動化處理的出現(xiàn)為建筑物三維建模提供了新思路，為快速構(gòu)建高精度三維模型提供了方便。因此，針對如何快速提取建筑物特征線，本文以蘇州測繪地理信息大樓為例，采用三維激光掃描儀、CloudCompare 軟件，結(jié)合“內(nèi)凸包算法”，對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征線提取，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了高精度三維模型，取實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法提高了建模的效率，提高了精度，得了較好的效果。

1 傳統(tǒng)建筑物三維建模方式

目前，傳統(tǒng)的三維建模方式分為以下幾種方法：1.利用傳統(tǒng)測繪手段，獲取房屋的四周邊角特征點(diǎn)的坐標(biāo)，在軟件中連接形成矩形作為房屋的底部，將底部上拉賦予一個高程，這樣一個簡單的房屋就成型了。這種方法數(shù)據(jù)獲取困難，純手工建模效率不高并且所獲得的模型精度不高，還原程度低；2.根據(jù)房屋詳細(xì)的結(jié)構(gòu)圖，在CAD、3D max 等軟件中進(jìn)行三維模型的構(gòu)建。這種方法需要完整詳細(xì)的設(shè)計(jì)圖，周期長，對建模人員的技術(shù)要求較高并且獲得的是點(diǎn)線面結(jié)構(gòu)的模型，包含建筑信息較少。總結(jié)來說傳統(tǒng)的建模方式數(shù)據(jù)獲取困難，純手動建模效率低，所獲得的模型較為簡單，包含建筑信息少，很難適應(yīng)如今設(shè)計(jì)和施工的要求。

2 自動提取方法研究

2.1 研究區(qū)概況

本文以江蘇省蘇州市測繪地理信息大樓為實(shí)驗(yàn)區(qū)。實(shí)驗(yàn)區(qū)位于蘇州工業(yè)園區(qū)，共分為南北兩棟建筑，共9 層。建筑外部主體是玻璃幕墻，綠植環(huán)繞，部分綠植遮擋了建筑，；而建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有較多的玻璃材質(zhì)的門窗，這些對數(shù)據(jù)獲取造成了不小的麻煩，很容易出現(xiàn)點(diǎn)云缺失的情況。綜合評判，選取的實(shí)驗(yàn)區(qū)具有代表性，有利于研究建筑物的特征線自動提取。

2.2 技術(shù)流程

實(shí)驗(yàn)采用Trimble TX8 站式三維激光掃描儀與Leica 背包式三維激光掃描儀相結(jié)合的方式獲取點(diǎn)云。首先分別采用兩種儀器獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在配套的數(shù)據(jù)處理軟件中進(jìn)行配準(zhǔn)，分別得到建筑物內(nèi)外部點(diǎn)云；其次，通過融合算法將站式數(shù)據(jù)與背包的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合配準(zhǔn)；最后通過降噪、抽稀、重采樣的方式獲得完整的可利用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本次實(shí)驗(yàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度達(dá)到5cm，滿足三維建模精度要求。

本次自動提取的技術(shù)流程如圖1所示

圖1 技術(shù)流程

2.3 結(jié)果

最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖2～圖5所示。

圖2 點(diǎn)云處理后結(jié)果

圖3 部分自動提取結(jié)果

圖4 部分提取結(jié)果

圖5 最終提取結(jié)果

3 結(jié)束語

本文通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對建筑物的內(nèi)外部特征線進(jìn)行了自動提取，采用“凸包算法”結(jié)合CloudCompare 軟件進(jìn)行三維可視化，初步提取出了建筑物特征線。未來如何能更加準(zhǔn)確的提取特征線，以及如何處理因玻璃材質(zhì)造成的點(diǎn)云缺失的狀況，是需要研究的地方。