基于點云數據的建筑特征線自動提取

崔云健 曹媛媛 文 言 鄭 曦

（1.江蘇海洋大學測繪與海洋信息學院，江蘇 連云港 222005）（2.重慶交通大學土木學院，重慶 400074；3.中國醫科大學藥學院，沈陽 110001）

0 引言

三維激光掃描技術被稱為“實景復制技術”，其能快速獲得原始的測繪數據，并完整、高精度地重建實體[1]。隨著技術的不斷成熟，海量點云數據自動化處理的出現為建筑物三維建模提供了新思路，為快速構建高精度三維模型提供了方便。因此，針對如何快速提取建筑物特征線，本文以蘇州測繪地理信息大樓為例，采用三維激光掃描儀、CloudCompare 軟件，結合“內凸包算法”，對點云數據進行特征線提取，并以此為基礎構建了高精度三維模型，取實驗結果表明，該方法提高了建模的效率，提高了精度，得了較好的效果。

1 傳統建筑物三維建模方式

目前，傳統的三維建模方式分為以下幾種方法：1.利用傳統測繪手段，獲取房屋的四周邊角特征點的坐標，在軟件中連接形成矩形作為房屋的底部，將底部上拉賦予一個高程，這樣一個簡單的房屋就成型了。這種方法數據獲取困難，純手工建模效率不高并且所獲得的模型精度不高，還原程度低；2.根據房屋詳細的結構圖，在CAD、3D max 等軟件中進行三維模型的構建。這種方法需要完整詳細的設計圖，周期長，對建模人員的技術要求較高并且獲得的是點線面結構的模型，包含建筑信息較少。總結來說傳統的建模方式數據獲取困難，純手動建模效率低，所獲得的模型較為簡單，包含建筑信息少，很難適應如今設計和施工的要求。

2 自動提取方法研究

2.1 研究區概況

本文以江蘇省蘇州市測繪地理信息大樓為實驗區。實驗區位于蘇州工業園區，共分為南北兩棟建筑，共9 層。建筑外部主體是玻璃幕墻，綠植環繞，部分綠植遮擋了建筑，；而建筑內部結構復雜，有較多的玻璃材質的門窗，這些對數據獲取造成了不小的麻煩，很容易出現點云缺失的情況。綜合評判，選取的實驗區具有代表性，有利于研究建筑物的特征線自動提取。

2.2 技術流程

實驗采用Trimble TX8 站式三維激光掃描儀與Leica 背包式三維激光掃描儀相結合的方式獲取點云。首先分別采用兩種儀器獲取點云數據，在配套的數據處理軟件中進行配準，分別得到建筑物內外部點云；其次，通過融合算法將站式數據與背包的數據進行融合配準；最后通過降噪、抽稀、重采樣的方式獲得完整的可利用的點云數據。本次實驗點云數據精度達到5cm，滿足三維建模精度要求。

本次自動提取的技術流程如圖1所示

圖1 技術流程

2.3 結果

最終實驗結果如下圖2～圖5所示。

圖2 點云處理后結果

圖3 部分自動提取結果

圖4 部分提取結果

圖5 最終提取結果

3 結束語

本文通過點云數據，對建筑物的內外部特征線進行了自動提取，采用“凸包算法”結合CloudCompare 軟件進行三維可視化，初步提取出了建筑物特征線。未來如何能更加準確的提取特征線，以及如何處理因玻璃材質造成的點云缺失的狀況，是需要研究的地方。