[发明专利]基于三维计算机视觉的复杂异形建筑构件建模系统及方法

说明书

本发明公开一种基于三维计算机视觉的复杂异形建筑构件建模系统及方法，该方法包括：通过扫描获取复杂异形建筑构件的点云数据；对获取的点云数据进行预处理；计算预处理后的点云数据的法向量；根据泊松表面重建算法通过带有法向量的点云数据生成三角面片网格；对三角面片网格进行裁剪；将裁剪后的三角面片网格进行修补生成闭合的三角面片网格；对闭合的三角面片网格进行重建生成四边面网格；将重建的四边面网格转换成非均匀有理B样条生成多重曲面的实体模型；将复杂异形建筑构件的实体模型按数据精度等级智能分类导出。本发明能够提高复杂异形建筑构件的建模效率，能够智能分类导出不同精度等级的实体模型，满足轻量化的需求。

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种基于三维计算机视觉的复杂异形建筑构件建模系统及方法。

背景技术

在建筑领域中，无论是造型灵动复杂的现代建筑，还是优美复古的历史文化建筑，都存在许多极具特色的复杂异形建筑构件。由于复杂异形建筑构件是一种非规则构件，其形状奇特、具有表面花纹等。为了重建复杂异形建筑构件的实体模型，需要进行建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)设计和结构性能的质量检验。现阶段，常采用传统逆向建模的方法生成复杂异形建筑构件的BIM和有限元分析模型：1)按照设计图纸逆向建模；2)利用三维激光扫描的手段，借助多种逆向工程专业软件协作建模。虽然上述方法重建的实体模型精度较高，但过程繁琐复杂，耗时较大，且模型的存储大小也过大。同时，不同用途的复杂异形建筑构件的实体模型，其精度和存储大小的要求也不尽相同。例如，复杂异形建筑构件的表面花纹和不必要的圆角等对其有限元分析结果基本没有影响，反而增加了有限元分析的时间；为了使模型更加适宜万维网、移动网，常对BIM进行轻量化设计，缩小BIM的体量。且在实际轻量化过程中，BIM还需要经历了两阶段处理过程：3)通过三角面片、相似性算法减少图元等方式对模型进行几何优化转换；4)使用八叉树快速剔除不可见图元，减少进入渲染区域的绘制对象和使用多重细节层次(Levels of Detail，LOD)，加速单图元渲染速度进行渲染处理。但是几何优化转换、渲染处理是BIM轻量化的核心技术，具有一定的技术门槛，要求开发者需要掌握一定的图形技术，且过程繁琐，耗费时间。因此，如何提高复杂异形建筑构件的建模效率成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是，提供一种基于三维计算机视觉的复杂异形建筑构件建模系统及方法，以解决建模效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种基于三维计算机视觉的复杂异形建筑构件建模系统，包括：

点云数据处理单元，包括：

点云数据输入模块，用于输入通过三维激光扫描复杂异形建筑构件获取的点云数据；

点云数据预处理模块，对所述点云数据输入模块获取的点云数据进行滤波、去噪、修补预处理；

面片网格生成单元，包括：

点云法向量计算模块，用于计算所述点云数据预处理模块预处理后的点云数据的法向量；

泊松表面重建模块，用于根据所述点云法向量计算模块得到的法向量点云数据生成三角面片网格；

网格裁剪模块，用于将所述泊松表面重建模块生成的三角面片网格进行裁剪；

网格实体化单元，包括：

网格修补模块，用于将所述网格裁剪模块裁剪后的三角面片网格进行修补生成闭合的三角面片网格；

四边面网格重建模块，用于对所述网格修补模块生成的闭合三角面片网格进行重建生成四边面网格；

网格转换实体模块，用于将所述四边面网格重建模块重建的四边面网格转换成非均匀有理B样条，生成多重曲面的复杂异形建筑构件的实体模型；