基于点云结构识别的城市建筑物建模技术研究

建筑物是城市场景中最重要的组成部分，构建其三维模型是现实世界三维数字化的主要内容，在城市建设规划、城市场景模拟、虚拟现实、影视制作及电脑游戏等方面具有重要意义。城市场景的复杂性和多样性决定了建筑物外形数据的有效获取、快速建模都具有极大的挑战性，是图形学领域国际公认的难题。本项目基于移动激光扫描得到的建筑物点云数据，分析建筑物的几何结构特征，并以此为基础设计简单的交互实现建筑物复杂外形的重建。在建模过程中，强调对点云几何结构的分析与识别，通过极少量的交互引导重建。本项目旨在探索城市建筑物的高精度快速建模技术，项目的开展将对图形学从"图形几何表达"向"图形语义理解"方向发展产生积极的推动作用。另外，在应用方面，能够为城市场景的三维数字化奠定理论和技术基础。

建筑物是城市场景中最重要的组成部分，构建其三维模型是现实世界三维数字化的主要内容，在城市建设规划、城市场景模拟、虚拟现实、影视制作及电脑游戏等方面具有重要意义。城市场景的复杂性和多样性决定了建筑物外形数据的有效获取、快速建模都具有极大的挑战性，是图形学领域国际公认的难题。本项目在以下方面取得了进展：.1) 基于移动激光扫描得到的建筑物点云数据，分析建筑物的几何结构特征，并以此为基础设计简单的交互实现建筑物复杂外形的重建。在建模过程中，强调对点云几何结构的分析与识别，通过极少量的交互引导重建；.2) 提出一种通过融合图片和点云实现建筑物墙面建模的方法，该方法能够有效利用图片和点云的互补特性实现更加鲁棒的建筑物墙面建模；.3) 研究了利用丰富的图像对建筑物进行建模，利用建筑物的先验知识来快速组织大量无序图片，作为Structure form Motion算法的初始输入，显著提高了Structure form Motion算法的速度；.4) 研究了室内场景的三维感知与理解，提出了一种基于“搜索-分类”策略的室内场景物体识别和快速重建方法；.5) 研究了基于格式塔(Gestalt)理论的建筑物图画简化与抽象方法，建立了一个针对多个格式塔规则耦合的计算模型，并将该模型用于建筑物线画图的抽象;.6) 提出了一种快速的交互式建筑群生成方法，给定一个具有任意结构的建筑物，经过半自动的处理分析之后，用户通过改变建筑物的大小来得到形状不同而风格又相似的建筑物实例。.在该项目资助下共发表论文7篇，其中5篇发表在图形学最负盛名的SIGGRAPH (Asia)会议，1篇发表在计算机视觉顶级会议ICCV。申请专利4项，其中PCT国际发明专利和美国发明专利各1项，中国发明专利2项。申请软件著作权1项。