[发明专利]一种灾后建筑物的3D重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维图像领域，具体地，涉及一种灾后建筑物的3D重建方法。

背景技术

建筑物三维重建是获取建筑物三维结构信息的重要手段，在城市规划、灾害监测、通信设施建设和数字城市等领域具有非常广泛的应用。长期以来,它一直是摄影测量、遥感、计算机视觉、模式识别以及测绘等领域长期研究的重要课题。目前国际上具有代表性的研究机构有瑞士的苏黎世工业大学、德国的波恩大学、英国的牛津大学、法国国家信息与自动化研究所以及美国的南加州大学等。国内的研究机构主要有武汉大学、华中科技大学以及中科院遥感所等。在几十年的发展过程中，三维重建方法研究呈现以下几个特点：①可用数据源越来越丰富，经历了由单一立体航空遥感影像对到多影像集成，再到多数据源融合的过程，新增数据包括LIDAR、地面规划图、DEM、SAR、等；②对建筑物的描述越来越细致，可重建的建筑物类型由简单的长方体模型到具有普遍意义的尖顶、人字形以及平顶多边形等，再到复杂独特的建筑物模型，从而可以更加细致地描绘建筑物的结构，逐步提高模型可测量精度；③建立的商业系统或实验原型系统自动化程度越来越高，由最初的主要依靠人工完成到主要由机器自动完成,再到当前正在努力实现的全自动建筑物三维重建系统。建筑物三维重建逐渐成为计算机图形学，计算机视觉的研究热点。

本领域大多数的研究和成果都是基于通常情况下具有正常外观的建筑物，对规则的建筑物进行区域检测和三维模型重建。然而，灾后楼房呈现出不规则形状，因而楼房的点、线、面相应呈现出离散性和无序性，以及不可预期性，使得直接用这些数据进行网格重建，难以找到合理的规则，将会产生巨大的误差，甚至导致三维重建失败，严重影响了网格重建的效果。本文针对这些问题，采用带有约束条件下的空间区域四面体剖分和三角剖分，即网格通过区域内带有约束条件的特定点、特定线和特定面，实现灾后建筑物的三维重建。

发明内容

基于本领域对于灾后建筑物重建的技术缺陷，本发明提供了一种灾后建筑物的3D重建方法，可以达到精确快速的重建效果。

本发明包括一种灾后建筑物的3D重建方法，其特征在于：

步骤1，对灾后建筑物进行航空摄影采样和实地采样，获取建筑物表面和内部的离散原始点，原始边和原始面；

步骤2，建立受损建筑物的四面体网格和三角剖分网格；

步骤3，通过四面体网格和三角剖分网格获取灾后建筑物数据，对灾后建筑物进行三维重建。这一步骤，采用本领域常用的现有技术即可实现，也可以进一步进行模型可视效果增强。

优选地，所述步骤2建立四面体网格和三角剖分网格，具体包括：

步骤2.1，从原始点中选取特定点，从原始边中选取特定边，从原始面中选取特定面，从而建立特定点集、特定边集、特定面集；

步骤2.2，用特定点集建立初始四面体网格和初始三角剖分网格；

步骤2.3，进行特定边细分迭代过程；

步骤2.4，进行特定面细分迭代过程。

优选地，所述步骤2.1所建立的特定点集、特定边集、特定面集，满足以下约束条件：

2.1.1，各特定点之间、各特定边之间、各特定面之间不重合；

2.1.2，特定点如果在特定边上，则特定点一定是特定边的端点；

2.1.3，如果两特定边有交点，则交点一定是特定边的端点；

2.1.4，如果特定边和特定面相交，交点一定是特定边的端点；

2.1.5，两特定面只在公共特定边处相交；

2.1.6，所有特定边的端点都是特定点，所有特定面的边界线都是特定边。

优选地，所述步骤2.2用特定点集建立初始四面体网格和初始三角剖分网格，具体包括：

步骤2.2.1，对特定点集进行点集的四面体剖分，得到一个初始的四面体剖分网格。

步骤2.2.2，对特定点集内落在特定面上的所有的特定点进行点集的平面三角剖分，生成每个特定面的初始的三角剖分网格。

优选地，所述步骤2.3，进行特定边细分迭代过程，具体包括：

步骤2.3.1，检查每个特定边，如果所述边在当前的四面体剖分网格中不存在空外接球，将其从中点M处细分，并将点M作为节点加入四面体剖分网格中；

步骤2.3.2，同时，对于每个特定面，如果所述中点M落在特定面上，也将点M作为节点加入该特定面的当前三角剖分网格中；每个特定面都有一个三角剖分网格，并将位于特定面的边界以内的三角形标识出来。