古建筑数字化及三维建模关键技术研究 (2)

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1、西北大学博士学位论文古建筑数字化及三维建模关键技术研究姓名：王茹申请学位级别：博士专业：计算机软件与理论指导教师：周明全20100620西北大学博士学位论文摘要相对于我国古代先进的建筑技术成就，我国在古建信息化方面还比较落后，急需利用现代信息技术对古建保护和开发进行探索和研究。本研究以国家自然科学基金项目“文物三维模型的语义标注与本体检索技术研究’’项目(60873094)和国家863项目“三维模型智能处理与检索平台’’(2008从012301)为背景，针对获取古建筑资料的人工测量、激光扫描和二维影像三大方式，研

2、究了工程结构3D模型、点云数据3D模型和二维影像形成3D模型重建的关键技术，取得了一定的成果，论文主要研究进展如下：1．提出并建立古建筑常用3D构件库框架体系。针对古建筑工程结构3D模型重建直接绘图作业量巨大且重复工作多的问题，通过研究古建筑形制化集成的特点，提出了以斗口模数十一等材(一营造寸)为基础模数，建立一个通用性较强的古建筑常用3D构件库框架体系。并在此基础上，开发了构件库可视化应用接口。为配合构件组合后的复杂建筑结构的显示速度，研究了构件库模型的不同形式，为古建筑三维工程模型的快速重建奠定了基础。2．提

3、出了一种参数化的古建筑工程结构3D模型重建方法。该方法以古建筑测绘图纸为出发点，研究了古建筑图纸中的实体元素语义，尺寸标注语义，图样信息的隐含语义的描述方法，获得相关参数，并以此参数调用三维构件库中的三维构件，从而实现古建筑三维工程模型的快速重建。该方法建立了工程级别的精细矢量三维模型，完整重建了古建筑的外形和内部工程结构关系，为古建筑的重建、修复提供了新的技术手段。并以典型单檐庑殿项建筑的三维重建为例，很好地验证了该方法。3．提出了基于聚类平面特征的点云数据精简算法。针对大型古建筑的点云数据包括大量冗余数据，难

4、以直接用于三维重建。研究发现，建筑物垂直地面，在高度方向上的截面的点云数据，一定位于该平面内建筑物的轮廓线上。基于此原理，该算法不需要先对扫描对象进行表面重构，而是在保持建筑物高度方向数据精度的前提下，对数据分层聚类分析，将满足条件的特征点保留下来，删除其余的点，实现整个建筑点云数据的简化。实例证明该算法根据不同建筑外形特征，可以达到70％一90％以上的精简比率。大大提高了大型古建筑点云数据三维重建的效率。并在小雁塔点云重建中应用，具有良好的建模效果。4．提出基于基本体素的投影反求三维坐标的重建算法。该算法在单幅

5、二维影像3D模型重建过程中，通过几何体素灭点透视原理恢复三维体素特征点坐标。同时，根据古l摘要建筑的特点，对该算法进行了进一步改进，给出了体素标定重建方法。首先利用投影反求算法获取基本体素特征点三维坐标，再根据这些特征点坐标，导出投影矩阵，对摄像机进行标定，从而实现建筑物二维影像到三维模型的重建。小雁塔古建筑群白衣阁的建模实践表明，该算法是有效的。关键词：古建筑，三维建模，构件库，数据简化，单像重建Ⅱ西北大学博士学位论文AbstractComparedwitlltheachievementofadvancedco

6、nstructiontechnologyinancientChina,informationtechnologyof0111"countryintheancientbuildingsarestillrelativelybackward．Soitisneededtoconductsomeresearchesonprotectionanddevelopmentonancientbuildingsusingmodeminformationtechnology．Inthispaper,basedontheNational

7、NaturalScienceFoundationof‘'three—dimensionalmodelofculturalontologysemanticannotationandretrievaltechnology'’(D：60873094)andNational863Project‘'three·dimensionalmodelonintelligentprocessingandretrievalplatform"(ID：2008AA012301)，somekeytechnologieslikeenginee

8、ringstructure3Dmodel，pointclouddata3Dmodeland2Dimagereconstructionalestudiedandsomeachievementshavebeenmade．Researchesinthispaperareasfollows：1．Accordingtothestudyontheancientarchitectura