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一种基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法

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成果类型:
专利
发明/设计人:
张文元;谈国新(谈国新);孙传明
申请/专利权人:
华中师范大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2019-02-26
申请/专利号:
CN201910142399.X
公开时间:
2019-06-21
公开号:
CN109918751A
主申请人地址:
430079 湖北省武汉市洪山区珞瑜路152号
申请地区:
湖北
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1:构建基于CityGML扩展的建筑物多尺度三维语义模型,记为CityGML扩展模型; 具体实现包括以下子步骤: 步骤1.1:对建筑物及其构件分类,提炼出基本语义实体对象;并确定实体对象的类型和属性; 步骤1.2:构建基于CityGML的建筑物三维语义模型; 采用统一建模语言UML对CityGML 2.0定义的Building XML Schema文件进行扩充,包括新实体类型和属性的定义,以及对已有实体的属性扩充,最终形成一个新的BuildingSchema文件; 步骤2:基于语义映射和几何变换,实现建筑物IFC模型到CityGML扩展模型的高质量转换,快速获取几何、语义和拓扑均正确的CityGML扩展模型,从而实现GIS环境下建筑物高精度CityGML扩展模型数据的快速生成; 其中,将IFC这种基于CSG表达的实体模型根据确定的语义映射关系在语义和几何两种层次上分别进行转换;根据IFC建筑模型各个实体类型的关联关系,参照CityGML定义的实体对象间的关联关系进行重新组织,建立子对象与父对象的隶属关系或邻接关系,从而实现语义增强;此外,IFC模型的CSG表达与CityGML模型的B-Rep表达存在很大差异,经过几何变换后的IFC对象需按照CityGML标准的几何表达方式进行几何重构,最终形成用B-Rep表达的不同LOD CityGML扩展模型。 2.根据权利要求1所述的基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法,其特征在于,步骤1.1的具体实现过程是: 步骤1.1.1:对建筑物及其构件分类,提炼出基本语义实体对象,包括台基、立柱、斗拱、梁、屋顶、墙、围栏、楼梯; 步骤1.1.2:依据CityGML 2.0 Building Schema定义的要素类型,确定用CityGML标准来存储和表达建筑物三维模型还缺少的实体对象类型和属性。 3.根据权利要求1所述的基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法,其特征在于,步骤1.2的具体实现包括以下子步骤: 步骤1.2.1:在LOD2-LOD4层次分别增加新的实体类别和属性; 在LOD2层级对台基Base进行建模与表达;在LOD3层级增加实体对象,包括室外立柱、栏杆、斗拱和室外装饰;针对楼层空间,在现有LOD3层级,或定义新的LOD3.5层级,用Storey要素来描述建筑物某一楼层的几何和语义信息,包括几何形状、类别和用途;在LOD4或更高层级才单独建模表达细节,包括梁架、楼梯和室内装饰; 步骤1.2.2:对已有实体进行属性扩充,增加宽度width和高度height属性; 在构件实体属性扩展方面,分为四类信息: (1)几何属性;包括构件的长、宽、高; (2)构造属性;包括构件名称、编码、模数、彩绘以及受损程度; (3)物理特性;包括弹性模量、材质、强度、力学性能以及抗腐蚀性能、抗虫蚁性; (4)维护信息;包括维护单位、维护日期、维护价格; 针对建筑整体属性扩展,除了基本属性,包括类别、用途、建设年份、毁灭年份、屋顶样式、测量高度、楼层数;还增加特殊属性,包括材料工艺、房屋结构、建设朝代、历史版本,便于古建筑文物的数字化保护与修缮管理。 4.根据权利要求3所述的基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法,其特征在于:步骤1.2.2中,所述材料工艺包括木结构、石结构、砖砌体结构、土结构,房屋结构包括抬梁式、穿斗式、井干式、混合式,建设朝代包括唐、宋、元、明、清、现代,历史版本包括建成期、损毁期、修缮期、保护期。 5.根据权利要求1所述的基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法,其特征在于:步骤2中,在语义映射方面,鉴于IFC模型比CityGML模型语义更丰富,因此需要根据各类建筑特点对CityGML现有语义实体进行扩展,在形成三维建筑CityGML扩展模型之后,再建立二者之间的语义映射规则;IFC到CityGML扩展模型的语义映射方法包括一对一映射、一对多映射和间接映射三种类型; 基于上述语义映射关系,进行IFC与CityGML扩展模型之间的多层次语义信息过滤,也就是在不同层级下分别建立同类对象的语义映射关系,确定IFC模型中哪些对象需要简化或删除,据此获取不同细节层次下需要保留的IFC实体几何和语义信息,然后再分别对不同实体进行几何变换,形成CityGML定义的相应LOD层级的几何对象。 6.根据权利要求1-5任意一项所述的基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法,其特征在于:所述CityGML扩展模型的数据,存储于CityGML扩展模型的空间数据库中;所述空间数据库是基于成熟的对象-关系型数据库管理系统制作若干张表来分类存储不同实体对象的几何形状、纹理和各种属性数据,并建立分类编码、主键、外键机制,建立对象之间的层次、关联和拓扑关系,从而支持根据不同的应用需求进行多尺度CityGML模型导入、导出、编辑、查询和更新应用,促进建筑物三维语义模型数据的互操作和共享。
摘要:
本发明公开了一种基于CityGML扩展的建筑物三维语义建模方法,首先在分析当前CityGML标准在建筑物三维模型语义表达方面不足的基础上,利用CityGML提供的ADE机制,从语义和拓扑方面对建筑物模型进一步扩展,形成一种新的基于CityGML的建筑物多尺度语义表达模型;其次,从语义映射和几何变换两种层次上提出了一种建筑物IFC模型到扩展CityGML模型的高质量转换方法,能够快速获取几何、语义和拓扑均正确的CityGML建筑物模型,从而实现GIS环境下建筑物高精度CityGML模型数据的快速生成。本技术所用算法效率高,人工交互少,建模结果可以进行使用数据库进行高效存储,能够满足建筑物三维语义模型的专...

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