发明名称 使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法
摘要 本发明系一种使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,利用人工量测可视之(ViSible)屋缘线段,或者利用现有数值航测制图所产生的都会区建筑物资料,以最少的人力需求来建立三维城市模型。主要核心技术称为「分割-合并-成形」(Split-Merge-Shape)演算法。其中「分割-合并」两步骤主要在重建屋缘线段之间的拓朴(Topology)关系,以完成封闭多边形。而「成形」步骤则是利用屋缘之高度资讯,来判定屋顶面为平面或斜面,以及其真正高度。利用本技术可将传统数值航测制图与三维城市模型之制作程序结合,以提升效率与成果之品质。本发明可应用在以半自动化方式建立『多面体房屋模型』(Polyhedral BuildingModels)以及『棱柱体房屋模型』(Prismatic Building Models)上。
申请公布号 TW550521 申请公布日期 2003.09.01
申请号 TW091102169 申请日期 2002.02.07
申请人 国立中央大学 发明人 陈良健;饶见有
分类号 G06T7/00 主分类号 G06T7/00
代理机构 代理人 詹铭文 台北市中正区罗斯福路二段一○○号七楼之一;萧锡清 台北市中正区罗斯福路二段一○○号七楼之一
主权项 1.一种使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,包括:以建筑物之该些边缘线段建立复数个封闭多边形建筑物边界,其中该些边缘线段两两之间可为相连或不相连;建立一初始建筑物模型;在一二维平面上,对该些边缘线段进行一前级处理;在该二维平面上,逐一以该些边缘线段『分割』该初始建筑物模型,进而产生复数个该些房屋模型;移除与该初始建筑物模型相关之该些房屋模型;分析两两相邻之该些房屋模型之共有边界是否具有一相应该边缘线段;若否,则将该些房屋模型『合并』为一个该房屋模型;若有,则保留不变,形成该些房屋模型在该二维平面上之房屋边界;在一三维空间上,将该些房屋模型各个边界,依据该相应边缘线段之高度给定一初始高度,其中该相应边缘线段为具有高度资讯之该些边缘线段之一;一一分析该些房屋模型之各个边界是否为一独立边界,其中该独立边界为该些房屋模型之边界之一,系没有与其他该些房屋模型共用边界之一屋缘,则该些独立边界之高度可直接给定;若该些房屋模型具有两个以上且共面之该独立边界,即可将该些房屋模型『成形』为该房屋三维模型;若该些房屋模型无该些独立边界或仅有一个该独立边界,则必须由该房屋模型周边已『成形』之该些房屋模型,以及该房屋模型所拥有之该些独立边界之高度,来推断该房屋模型之一屋顶面,而将该房屋模型『成形』为该房屋三维模型;以及其他情形,则必须以『连续-共面分析』方式找出两个共平面之屋缘线段,来推断该房屋模型之一屋顶面,而将该房屋模型『成形』为该房屋三维模型。2.如申请专利范围第1项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,其中该些房屋系以不同位置摄影取得之立体影像,以进行后续房屋模型重建,而该些边缘线段即以立体量测自该些房屋之屋檐的三维屋缘线段。3.如申请专利范围第1项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,其中所使用之建筑物边缘线段资料来源包括:具有完整三维屋缘线段之数値航测地形图、具有因遮蔽所造成之不完整三维屋缘线段,以及具有二维屋缘线段配合楼层数与地面高度资讯之向量资料。4.如申请专利范围第1项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,针对具有封闭多边形特性之建筑物,可将『数値航测制图』与『房屋三维模型重建』两项工作结合在一起,以减少人为编修与结构化的工作。5.如申请专利范围第1项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,其中当使用二维屋缘线段配合楼层数与地面高度资讯之向量资料作为资料来源时,可由楼层数资讯与地面高度推算得平顶屋形之高度。6.如申请专利范围第1项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,其中之针对建筑物边缘线段进行之前级处理步骤,包括:当房屋结构不是矩形结构,则可进行共线处理、移除悬端处理及封闭悬端处理;以及当房屋结构是矩形结构,则可进行正交处理、移除悬端处理及封闭悬端处理。7.如申请专利范围第1项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,更包括人工检验步骤:逐一检验该房屋三维模型是否与该相应之三维屋缘线段密合,以及与原始立体影像中所观测得之房屋一致;若否,则可由『连续-共面分析』自动提供其他可能之屋顶面形状,并由人工配合原始影像进行立体观测以决定其屋顶外形;以及若是,则不需更改屋顶面形状,而形成一该多面体房屋模型。8.如申请专利范围第1项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,更包括:配合一该相关资料,以人机互动方式建立『选取』属于同一住户单位之所有该些选取房屋三维模型;将该些选取房屋三维模型自动『合并』为一该棱柱体房屋模型;以及自动给予一平顶屋形及一实际高度,而将该棱柱体房屋模型『成形』。9.如申请专利范围第8项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,更包括人工检验步骤:检验已成形之该棱柱体房屋模型之该实际高度是否正确;若否,则由该些选取房屋模型之屋缘高度提供其他可能之屋顶高度,再由人工决定一实际高度;以及若是,则不需更改屋顶高度,而将该棱柱体房屋模型『成形』。10.如申请专利范围第8项所述之使用建筑物边缘线段以半自动化方式重建房屋三维模型之方法,其中该相关资料可为地籍资料。图式简单说明:第1图绘示的是习知应用于制作数値航测地形图之原始航空立体影像之一示意图;第2图绘示的是习知对图1之原始航空立体影像,以完全人工方式进行量测得到各种地表物(包括房屋边界)之一示意图;第3图绘示的是习知以『完全人工』策略重建三维房屋模型之一流程图;第4图绘示的是习知以『全自动化』策略重建三维房屋模型其中一种方式之一大概流程图;第5图绘示的是习知关于第4图『全自动化』重建三维房屋模型,所衍生『影像匹配不确定性问题』之一示意图;第6图绘示的是习知以『半全自动化』策略重建三维房屋模型其中一种方式之一大概流程图;第7a-7c图绘示的是习知关于以『半自动化』策略重建三维房屋模型的其中一种方式之一示意图;第8图绘示的是本发明关于所谓的复杂房屋之一示意图,内容之建筑物为平顶及双斜顶,弧形及直线边界之房屋的组合;第9图绘示的是本发明关于遮蔽现象之一示意图,右图圆圈处之屋角可视,但左图相应之屋角即被遮蔽;第10图绘示的是本发明使用三维线段重建房屋模型的的一大概程序图;第11图绘示的是本发明使用三维线段重建房屋模型的一细部程序图;第12a-12q图绘示的是本发明关于第11图建立多面体房屋模型之中间过程之示意图;第13a-13h图绘示的是本发明关于第11图建立棱柱体房屋模型之中间过程之示意图;第14图绘示的是关于利用第2图数値航测地形图中房屋边界之三维线段资料,运用本发明所产生之三维城市模型之一示意图;以及第15a-15e图绘示的是本发明关于前级处理效果之一示意图。
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