基于过程的城市建模技术研究

Procedure-based modeling is one of the new ways for urban modeling. But, the architecture semantic rules are mostly created manually or generated interactively from single view image, architecture components are simple, and the fidelity of the modeling results is bad. So, this project will study procedure-based urban modeling based on multi-scale photo gallery. Take advantage of multi-scale, multi-view and multi-lighting of the photo gallery, we will explore the theories, methods and key technologies of building architecture semantic rules automatically, modeling architecture components realistically, and modeling urban road based on GIS data and satellite images, which mainly include study the representation and data-driven generation method of architecture semantic rules; the modeling method of architecture components geometry and reflectance based on multi-scale and outdoor photo gallery; the fast urban construction method based on GIS data and satellite images. The research results will play an important application value in the domain of "smart city" construction, cultural heritage digitization, digital entertainment and game.

基于过程的建模技术是当前城市建模研究的新途径之一，但是建筑语义规则大多由人工创建或由单幅图像交互生成，建筑组件简单，建模效果逼真度较差。因此，本项目将研究基于多尺度照片集的城市过程建模技术，利用照片集多尺度、多视点、多光照的特点，研究建筑规则自动生成，建筑组件逼真建模，结合GIS和卫星图像数据的城市道路及场景建模等理论、方法和关键技术，主要包括：建筑语义规则的表示方法，基于数据驱动的建筑语义规则生成方法；研究基于多尺度室外场景图像重构建筑组件几何和反射属性的建模方法；研究基于GIS数据和卫星图像的城市场景快速构建方法。研究成果在"智慧城市"构建、文化遗产数字化，数字娱乐与游戏等领域具有重要应用价值。

本课题围绕基于过程的城市建筑三维建模技术开展理论方法和关键技术研究工作，重点开展了基于单张图像的建筑物组件重复性检测与几何过程建模技术，基于图像集的建筑建模、组件几何和反射属性建模技术，基于GIS数据的城市虚拟场景快速建模技术与工具等研究工作。.在基于单张图像的建筑物过程建模技术方面，研究了针对单张图像建筑物重复性组件的检测算法、建筑规则和组件生成算法。从分割的单张图像中自动生成三维建筑组件、建筑规则及三维建筑模型。通过简单的人工交互可以生成风格相同、形状可变的三维建筑模型。在基于图像集的建筑建模技术方面，以未标定数码相机拍摄的建筑物多幅照片为输入，提出了一系列算法，研究了建筑物三维点云数据的恢复与分割、建筑物组件重复性检测、建筑物前后层结构自动提取等技术，能够全自动的重构出逼真度较高的建筑物三维模型。在基于图像集的建筑物组件几何和反射属性建模技术方面，研究了基于本征图像分解的建筑物组件材质反射属性建模技术、基于径向基函数的逐像素组件深度插值算法，从而构建出可重光照的建筑物组件模型。在基于GIS数据和过程建模技术的城市场景快速建模方面，通过解析地理信息数据，提取地图数据中的建筑位置和朝向信息，结合本课题已研究的单个建筑建模方法生成的建筑模型, 快速生成城市局部区域的三维场景，研制了场景建模工具原型系统。 .在本项目资助下，发表论文10篇（SCI检索2篇、EI检索4篇）、专利申请2项、专利授权2项，其中8篇文章发表在《Computers & Graphics》、《The Visual Computer》、《Computer Graphics Forum》、Graphics Interface (GI2013)、Pacific Graphics (PG2013)、Eurographics Symposium on Geometry Processing (SGP2014)，Asian Conference on Computer Vision (ACCV2014)， IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2015)等CCF推荐国际B类、C类期刊与会议上。项目负责人获2013年教育部技术发明一等奖1项，排名第7（总发明人数为9），并晋升副教授。3名硕士在本项目资助下完成毕业论文，2名博士基本完成论文。