本發(fā)明屬于地理信息系統(tǒng)、建筑學(xué)以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于cad圖紙的建筑物室內(nèi)跨樓層空間提取方法。

背景技術(shù)：

建筑物室內(nèi)空間是現(xiàn)代人類生活、工作和娛樂的主要場(chǎng)所。在數(shù)字城市建設(shè)、建筑信息化管理、室內(nèi)環(huán)境模擬等領(lǐng)域中，建筑室內(nèi)空間均是重要的研究對(duì)象。現(xiàn)有的建筑物室內(nèi)空間提取方法大致可以分為基于人工交互的建模方法、基于cad圖紙的建模方法兩類。

基于人工交互的建模方法可以構(gòu)建室內(nèi)空間的三維實(shí)體，如在revit等基于ifc數(shù)據(jù)模型的現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)軟件中，雖然有建筑空間的實(shí)體，但仍然需要人工確定空間的幾何形體，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的空間建模。其空間建模精度與效率取決于建模者的熟悉程度，因此難以大規(guī)模推廣。

基于cad圖紙的建模方法，可以先通過語義轉(zhuǎn)換、符號(hào)理解等方法提取墻、柱、門窗等各類建筑構(gòu)件信息，建立建筑物三維實(shí)體模型。再根據(jù)“室內(nèi)空間是由各類建筑構(gòu)件圍合形成的獨(dú)立空間”這一基本原理，采用間接推斷的方式來確定其邊界，從而實(shí)現(xiàn)建筑物室內(nèi)空間的三維建模。christianah-soon、朱俊芳等在論文中提出了通過識(shí)別cad圖紙中構(gòu)件所圍合的環(huán)來識(shí)別潛在空間，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)空間的識(shí)別和幾何邊界的確定。

然而，現(xiàn)有的室內(nèi)空間提取方法僅僅考慮了單樓層簡(jiǎn)單室內(nèi)情況，從而導(dǎo)致了對(duì)于復(fù)雜建筑物室內(nèi)跨樓層空間幾何提取錯(cuò)誤。并且目前現(xiàn)有技術(shù)中，尚沒有基于cad跨樓層空間提取方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于cad圖紙的建筑物室內(nèi)跨樓層空間提取方法，本發(fā)明在保證室內(nèi)空間建模效率的情況下，極大的提高了建筑物室內(nèi)跨樓層空間幾何的正確性，為建筑物室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、日照分析等應(yīng)用提供了關(guān)鍵依據(jù)。

技術(shù)方案：本發(fā)明一種基于cad圖紙的建筑物室內(nèi)跨樓層空間提取方法，依次包括以下步驟：

(1)根據(jù)建筑物室內(nèi)空間提取方法，獲取室內(nèi)單個(gè)樓層空間建模結(jié)果s＝{si,i∈[0,n)}，包括n個(gè)單個(gè)樓層建筑室內(nèi)空間集合；

(2)在cad圖紙中，提取各層跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)a＝{ai,i∈[0,m)}，包括m個(gè)跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)；

(3)室內(nèi)單樓層空間連通關(guān)系的判斷：從建筑頂層開始，依次向下遍歷建筑物各室內(nèi)單樓層空間提取結(jié)果集合，判斷該層建筑室內(nèi)空間是否具有向下連通關(guān)系，即是否包含跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)；

(4)跨樓層建筑空間的建模：對(duì)跨樓層空間的三維建模，將具有上下連通的兩個(gè)或多個(gè)單樓層室內(nèi)空間合并，實(shí)現(xiàn)了跨樓層建筑空間的真實(shí)表達(dá)。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)的室內(nèi)空間提取具體過程為：通過約束網(wǎng)絡(luò)、樣例驅(qū)動(dòng)符號(hào)識(shí)別等方法，在cad圖紙中提取圍合建筑物室內(nèi)空間的構(gòu)件，這些起圍合作用的建筑構(gòu)件即為室內(nèi)空間邊界構(gòu)件；讀入室內(nèi)空間邊界構(gòu)件的二維幾何集b＝{bi,i∈[0,n)}，bi表示第i個(gè)邊界構(gòu)件的幾何，n表示邊界構(gòu)件的個(gè)數(shù)，然后通過邊界構(gòu)件集合b計(jì)算室內(nèi)空間邊界構(gòu)件的并集u；對(duì)圍合建筑物室內(nèi)空間的邊界構(gòu)件并集u求凸包c(diǎn)；用凸包c(diǎn)和圍合建筑物室內(nèi)空間的邊界構(gòu)件并集u做布爾差運(yùn)算，得到相應(yīng)多邊形，該多邊形包括邊界構(gòu)件圍合的室內(nèi)空間和邊界凸包c(diǎn)覆蓋的室外空間；區(qū)分并剔除不具有室內(nèi)空間特性的室外空間多邊形，由于室內(nèi)空間均通過建筑構(gòu)件圍合而成，所以必然不可能與樓層凸包以外的區(qū)域直接相接，因此室內(nèi)空間和室外空間判別的方法即為檢測(cè)提取出的空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界的相接關(guān)系：如果空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界相接，則該空間屬于室外空間，剔除該空間；如果空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界相離，則該空間為建筑物室內(nèi)空間，保存該空間，最終得到所有建筑物室內(nèi)空間。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，將跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)的幾何表達(dá)為兩條成一定角度并相接的直線段，兩條直線段構(gòu)成一條多段線，橫跨建筑物室內(nèi)跨樓層空間，表達(dá)該空間與下層空間之間直接連通；跨樓層標(biāo)識(shí)符號(hào)在cad圖紙的獨(dú)立圖層中，通過圖層名稱與圖元幾何的關(guān)系，在cad圖紙中得到跨樓層標(biāo)識(shí)符號(hào)。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)的具體過程為：從建筑頂層開始，依次向下遍歷建筑物各單樓層室內(nèi)空間提取結(jié)果集合，判斷該層建筑室內(nèi)空間是否具有向下連通關(guān)系，即是否包含跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)；如果空間包含跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)，則該空間為向下連通的建筑空間，遍歷下一樓層的所有空間，查詢與該空間具有最大重疊面的空間，即為向上連通的建筑空間，重復(fù)判斷步驟，直到第一層樓為止。

有益效果：本發(fā)明能夠直接根據(jù)單樓層室內(nèi)空間提取結(jié)果與cad圖紙跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)對(duì)室內(nèi)跨樓層空間進(jìn)行提取，從而彌補(bǔ)了復(fù)雜室內(nèi)情況對(duì)跨樓層空間提取的空缺。另外，本發(fā)明還能夠有效地解決建筑物三維建模過程中室內(nèi)跨樓層空間的提取問題，大大增強(qiáng)了室內(nèi)跨樓層空間幾何提取正確率，進(jìn)而提高建筑物室內(nèi)空間提取的算法效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為實(shí)施例的輸入單樓層建筑室內(nèi)空間集示意圖；

圖3為實(shí)施例中跨樓層空間連通關(guān)系示意圖；

圖4為實(shí)施例中跨樓層空間建模示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。

如附圖1所示，本發(fā)明一種基于cad圖紙的建筑物室內(nèi)跨樓層空間提取方法，依次包括以下步驟：

(1)通過約束網(wǎng)絡(luò)、樣例驅(qū)動(dòng)符號(hào)識(shí)別等方法，在cad圖紙中提取圍合建筑物室內(nèi)空間的構(gòu)件，這些起圍合作用的建筑構(gòu)件即為室內(nèi)空間邊界構(gòu)件；讀入室內(nèi)空間邊界構(gòu)件的二維幾何集b＝{bi,i∈[0,n)}，bi表示第i個(gè)邊界構(gòu)件的幾何，n表示邊界構(gòu)件的個(gè)數(shù)，然后通過邊界構(gòu)件集合b計(jì)算室內(nèi)空間邊界構(gòu)件的并集u；對(duì)圍合建筑物室內(nèi)空間的邊界構(gòu)件并集u求凸包c(diǎn)；用凸包c(diǎn)和圍合建筑物室內(nèi)空間的邊界構(gòu)件并集u做布爾差運(yùn)算，得到相應(yīng)多邊形，該多邊形包括邊界構(gòu)件圍合的室內(nèi)空間和邊界凸包c(diǎn)覆蓋的室外空間；區(qū)分并剔除不具有室內(nèi)空間特性的室外空間多邊形，由于室內(nèi)空間均通過建筑構(gòu)件圍合而成，所以必然不可能與樓層凸包以外的區(qū)域直接相接，因此室內(nèi)空間和室外空間判別的方法即為檢測(cè)提取出的空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界的相接關(guān)系：如果空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界相接，則該空間屬于室外空間，剔除該空間；如果空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界相離，則該空間為建筑物室內(nèi)空間，保存該空間，最終得到所有建筑物室內(nèi)空間s＝{si,i∈[0,n)}，包括n個(gè)單個(gè)樓層建筑室內(nèi)空間集合；

(2)在cad圖紙中，提取各層跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)a＝{ai,i∈[0,m)}，包括m個(gè)跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)；將跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)的幾何表達(dá)為兩條成一定角度并相接的直線段，兩條直線段構(gòu)成一條多段線，橫跨建筑物室內(nèi)跨樓層空間，表達(dá)該空間與下層空間之間直接連通；跨樓層標(biāo)識(shí)符號(hào)在cad圖紙的獨(dú)立圖層中，通過圖層名稱與圖元幾何的關(guān)系，在cad圖紙中得到跨樓層標(biāo)識(shí)符號(hào)；

(3)室內(nèi)單樓層空間連通關(guān)系的判斷：從建筑頂層開始，依次向下遍歷建筑物各單樓層室內(nèi)空間提取結(jié)果集合，判斷該層建筑室內(nèi)空間是否具有向下連通關(guān)系，即是否包含跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)；如果空間包含跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)，則該空間為向下連通的建筑空間，遍歷下一樓層的所有空間，查詢與該空間具有最大重疊面的空間，即為向上連通的建筑空間，重復(fù)判斷步驟，直到第一層樓為止；

(4)跨樓層建筑空間的建模：對(duì)跨樓層空間的三維建模，將具有上下連通的兩個(gè)或多個(gè)單樓層室內(nèi)空間合并，實(shí)現(xiàn)了跨樓層建筑空間的真實(shí)表達(dá)。

實(shí)施例：

本實(shí)施例的步驟如下：

(1)通過約束網(wǎng)絡(luò)和樣例驅(qū)動(dòng)符號(hào)識(shí)別等方法，在cad圖紙中提取圍合建筑物室內(nèi)空間的構(gòu)件，這些起圍合作用的建筑構(gòu)件即為室內(nèi)空間邊界構(gòu)件；讀入室內(nèi)空間邊界構(gòu)件的二維幾何集b＝{bi,i∈[0,n)}，bi表示第i個(gè)邊界構(gòu)件的幾何，n表示邊界構(gòu)件的個(gè)數(shù)，然后通過邊界構(gòu)件集合b計(jì)算室內(nèi)空間邊界構(gòu)件的并集u；對(duì)圍合建筑物室內(nèi)空間的邊界構(gòu)件并集u求凸包c(diǎn)；用凸包c(diǎn)和圍合建筑物室內(nèi)空間的邊界構(gòu)件并集u做布爾差運(yùn)算，得到相應(yīng)多邊形，該多邊形包括邊界構(gòu)件圍合的室內(nèi)空間和邊界凸包c(diǎn)覆蓋的室外空間；區(qū)分并剔除不具有室內(nèi)空間特性的室外空間多邊形，由于室內(nèi)空間均通過建筑構(gòu)件圍合而成，所以必然不可能與樓層凸包以外的區(qū)域直接相接，因此室內(nèi)空間和室外空間判別的方法即為檢測(cè)提取出的空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界的相接關(guān)系：如果空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界相接，則該空間屬于室外空間，剔除該空間；如果空間多邊形與凸包c(diǎn)邊界相離，則該空間為建筑物室內(nèi)空間，保存該空間，最終得到建筑物單樓層建筑空間集合s＝{si,i∈[0,n)}，包括n個(gè)樓層；

本實(shí)施例的第一層中的單樓層建筑空間集合為：

n＝{n1，n2，n3，n4，n5，n6，n7，n8}，括號(hào)中的8個(gè)建筑空間，其分布如附圖2(a)所示。

第二層中的單樓層建筑空間集合為：

n＝{n9，n10，n11，n12，n13，n14，n15，n16}，括號(hào)中的8個(gè)建筑空間，其分布如附圖2(b)所示。

(2)在cad圖紙中，提取各層跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)a＝{ai,i∈[0,m)}，包括m個(gè)跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)。建筑制圖標(biāo)準(zhǔn)中將跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)的幾何表達(dá)為兩條成一定角度并相接的直線段。兩條直線段構(gòu)成一條多段線，橫跨建筑物室內(nèi)跨樓層空間，表達(dá)該空間與下層空間之間直接連通。跨樓層標(biāo)識(shí)符號(hào)在cad圖紙的獨(dú)立圖層中，通過圖層名稱與圖元幾何的關(guān)系，可以在cad圖紙中得到跨樓層標(biāo)識(shí)符號(hào)。

本實(shí)例中提取的所有洞符號(hào)的集合a＝{a1}，如附圖3所示；

(3)單樓層室內(nèi)空間連通關(guān)系的判斷。從建筑頂層開始，依次向下遍歷建筑物各單樓層室內(nèi)空間提取結(jié)果集合，判斷該層建筑室內(nèi)空間是否具有向下連通關(guān)系，即是否包含跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)。如果空間包含跨樓層空間標(biāo)識(shí)符號(hào)，則該空間為向下連通的建筑空間，遍歷下一樓層的所有空間，查詢與該空間具有最大重疊面的空間，即為向上連通的建筑空間，重復(fù)判斷步驟，直到第一層樓為止；

本實(shí)例中，n16與a1具有包含關(guān)系，因此n16為向下連通空間；n8與n16在垂直投影面中具有最大重疊面，n8為向上連通建筑室內(nèi)空間，如附圖3所示。

(4)跨樓層建筑空間的建模。對(duì)跨樓層空間的三維建模，將具有上下連通的兩個(gè)或多個(gè)單樓層建筑空間合并，實(shí)現(xiàn)了跨樓層建筑空間的真實(shí)表達(dá)。

本實(shí)例中，第二層中的單樓層建筑室內(nèi)空間n16與第一層中的n8在空間上是具有上下連通的空間。將n16與n8幾何合并，得到正確的跨樓層空間n8。