唐朝风格古建筑的建模方法

摘要

唐朝风格古建筑的建模方法，首先将基于点云的古建筑模型分层，对其相似层聚类，得到古建筑的不同组成部分；然后利用古建筑的对称性对不同组成部分进行缺失数据填补；通过Hough变换和最小二乘法分别提取直线和圆来实现初等解析曲面重建；接着根据每层点的特点，对每层选取相同的点，按照坐标的位置关系，形成四边形网格模型，实现自由曲面重建；最后通过纹理映射的方法实现古建筑的真实感绘制。

主权项

中国唐朝风格古建筑的建模方法，其特征在于，首先将基于点云的古建筑模型分层，对其相似层聚类，得到古建筑的不同组成部分；然后利用古建筑的对称性对不同组成部分进行缺失数据填补；通过Hough变换和最小二乘法分别提取直线和圆来实现初等解析曲面重建；接着根据每层点的特点，对每层选取相同的点，按照坐标的位置关系，形成四边形网格模型，实现自由曲面重建；最后通过纹理映射的方法实现古建筑的真实感绘制，具体的实施步骤如下：步骤1、古建筑模型的分割；步骤2、古建筑的缺失数据填补，步骤包括：(1)求取古建筑模型的对称轴在图像空间中，所有共线的点(x,y)都可以用直线方程描述为：y＝mx+c         (3)其中m为直线的斜率，c为截距，同时公式(3)又可以改写为：c＝‑xm+y        (4)上式看做是参数空间C‑M中的一条直线方程，其中直线的斜率为x，截距为y；比较式(3)和式(4)，可以看出，图像空间中的一点(x,y)对应参数空间中的一条直线，而这条直线又是由参数空间中的点(m,c)来决定的；这条直线上的点经过Hough变换后，对应的参数空间中的直线相交于一点；确定该点在参数空间中的位置从而可以知道图像中直线的参数，即可以提取出直线；其对称轴为k₁和k₂，且k₁>0&&k₂<0；(2)单侧数据的缺失填补首先对分布在X轴右边的一面数据进行填补；对于基于点云的屋顶数据的某一层数据来说，利用相邻面之间的对称轴，求出X轴右边的单侧面中这一层数据；对这一层每一个点进行遍历，凡是点的斜率k；满足式(5)，则认为该点为这一侧的数据；k₂<k<k₁&&x>0       (5)由此可以得到每一侧的数据；根据相邻面之间的对称性，对这一层数据y轴下方的一侧数据求出关于对称轴k₂对称的点以及X轴左边单侧点关于中心对称求得中心对称点；从两个方向求得的对称点都落入X轴右边的单侧面上，从而得到这一层一个单侧面的缺失数据填补；步骤3、古建筑的初等解析曲面重建步骤包括：对古建筑的不同组成部分分别用Hough变换和最小二乘法提取直线和圆；(1)获得由平面组成的网格模型用上述对古建筑模型提取对称轴的方法将每层的直线提取出来；对于地基，根据其中心矩形的四个顶点求出这个矩形网格模型；对于楼梯和斜坡均用类似的方法求出各个交点，求出对应的网格模型；(2)获得由曲面组成的圆柱的网格模型从上述相似层聚类的结果得到不属于地基和圆柱之间的任意一簇类的突变层，对其点云数据进行遍历，得出X，Y方向最大最小值所对应的数据点，然后连接四点，形成包围四边形；对X轴右边的一条边求出斜率和截距，给截距加减一个阈值，把此方向的圆柱分离出来；然后根据点与点之间的距离分离六个圆，采用最小二乘方法拟合，求出圆心和半径；从而求出圆柱的网格模型；根据相邻面之间的对称性和中心对称性求出所有的圆柱网格模型；步骤4、古建筑的自由曲面重建步骤包括：(1)获得单侧自由曲面的网格模型根据对称轴求出屋顶X轴右边的数据，对每层数据按照Y轴方向从小到大进行排序，然后求出最大最小值，算出整个最小值所对应的点到最大值点所对应的点的整个长度|Y_whole|；将这整个长度在Y轴方向分为M个等分点，在每个等分点附近加减相同的阈值，从而形成矩形；对每个矩形里的数据点进行求取平均，代替此矩形内的所有点数据，最后根据点的上下左右位置关系形成四边形网格模型；(2)获得四面自由曲面的网格模型根据古建筑相邻面之间的对称性及中心对称性，求取其它三面的网格模型，从而得到整个屋顶的网格模型；步骤5、进行真实感绘制。