彎折曲面。點云曲面和彎折曲面的關系如下:
[0037]點云數據一點云數據連接曲面一拉直后的曲面，拉直后的曲面是對比判斷的依據，彎折曲面是建模過程中創建出來的主體模型的一部分，是要分析是否正確的對象，正確的話該彎折曲面就是結果，不正確的話在它基礎上進行調整。
[0038]S6:判斷主體模型是否為封閉模型，若是，則進行表面點云浮點差計算，并對超過浮點差范圍的群落點云數據進行偏離值收斂糾正，如圖8所示(圖8是用來表示在某一范圍內，進行浮點差運算時，能夠發現一部分浮點差較小，另一部分浮點差較大，圖中表示的浮點差變化在建模過程中是比較常見的一個例子)。若不是封閉模型，則轉入步驟S3。所述表面點云浮點差是指單一點云數據對象到鄰近面的垂直距離，如圖7所示，該浮點差的判斷依據根據模型精度要求來確定。目前一般建筑空間的精度要求為小于0.0l米，因此浮點差的一般判斷標準為小于0.005米，該數值為經驗數值。所述浮點差范圍是指相鄰點云對象距離小于3倍點云平均鄰接距離且密度大于1/3點云平均密度的范圍；所述群落是指在浮點差范圍內具有同一特征的點云數據對象構成的集合。對群落點云數據進行偏離值收斂糾正的方法為:對于相鄰點云超過浮點差范圍的群落，根據該群落點云連接曲面進行拉直處理，構建吻合該群落點云對象的簡單多邊形曲面，并將該簡單多邊形曲面與既有模型進行交叉連接，形成新的主體模型。
[0039]本發明是針對點云數據到三維空間模型的連續處理過程，能夠實現從離散數據對象到矢量的三維空間模型的數字化轉換和構建。在一個實施例中，本發明所述方法具體如下:
[0040]1.地下空間三維激光掃描點云數據特征。
[0041]在地下空間中進行掃描時，由于空間轉折、空間內物體較多，容易形成點云數據遮擋，數據質量較差；同時由于地下空間構建過程以及施工成本等原因，通常情況下地下空間體的空間形狀比較簡單，大多數空間體能夠通過簡單幾何空間對象的交集、并集、差集等方式進行描述。圖1是地下空間點云數據，圖2是本發明的建模流程圖。
[0042]2.去除點云畸點數據。
[0043]由于地下空間點云數據是對地下空間可測范圍內對象的表現，因此整體點云的外周邊數據，表現為連續的、相鄰的數據集合。因此，在整體點云數據中，出現嚴重偏離、向外發散等特征表現的點對象屬于畸點數據，應被排除投入建模運算之中。圖3中上方被圓圈標示的部分是需要去除的畸點數據。3.預判形體參數。
[0044]對空間對象形體的大致形狀進行分析，優先以多邊形柱狀體集合來進行判斷，并計算X、Y、Z各軸上的面對象個數，如圖4所示。
[0045]4.人為干預參數。
[0046]由于判斷形體參數時，采用凸多邊形拼合方式進行判斷，因此在實際應用當中存在誤判情況，因此可以通過目視方法，對自動判斷的形體參數結果進行修正，如圖5所示。
[0047]5.構建邊際面模型。
[0048]在完成形體邊際的判斷后，根據邊界以及邊界垂直方向點云延伸判斷，在各個相對垂直面中進行邊際面模型的創建，如圖6所示。
[0049]6.以擬合方式拼合各面，形成封閉的主體模型。
[0050]由于構建邊際面時的初始邊界是閉合的多邊形，因此各個邊際面具有較好的連接性，能夠構成一個封閉的多面體對象主體模型。由于部分特殊情況的存在，因此在構建主體模型時，會依據方向、交叉等判斷，創建一些小尺寸平面在模型中進行連接。
[0051]7.點云浮點差計算，并進行收斂糾正。
[0052]構建好的主體模型的創建依據是點云數據對象中整體的一部分代表性數據，因此代表性對象的不正確選擇時可能會導致出現整體性偏離，因此在主體模型初步建成后，會進行點云對象浮點差計算，如圖7所示。如果發現出現一個群落的相鄰點云(群落判斷依據為:相鄰點云對象距離小于3倍點云平均鄰接距離，且密度大于1/3點云平均密度時，該范圍具有同一特征的點云數據對象構成一個群落)超過這個值的數據，需要進行收斂。收斂時，會根據該群落點云連接曲面進行拉直處理，構建吻合該群落點云對象的簡單多邊形曲面，并將該曲面與既有模型進行交叉連接，形成新的模型。
[0053]對于規模性出現較大浮點差的面對象，根據浮點差范圍，進行面對象的調整，按照收斂原則，使浮點差收斂到均值接近O的狀態，如圖8所示。圖8中柱狀體表示點云數據到面對象的偏離值分布情況，根據規模性偏離的發生情況，圖中底層深色部分進行了調整，使偏離值進行了收斂。當主體模型各面均實現偏離值收斂后，主體模型被認為符合點云數據表現。
[0054]本發明的關鍵在于在建模過程中對擬合方式拼接簡單幾何立方體并采取收斂方式確保精度的三維建模技術。采用本發明能夠將地下空間測繪成圖并建立三維模型的效率大大提升，從而將整體測繪成本大幅縮小，推動激光三維掃描技術在測繪領域的實用化使用。
[0055]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種針對地下空間掃描點云成果數據的快速建模方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:讀取地下空間對象的點云數據并刪除畸點數據，畸點數據是指在整體點云數據中，具有嚴重偏尚、向外發散特征表現的點對象； 52:預判形體參數，若形體參數可用，則進行步驟S4，若形體參數不可用，則進行步驟S3，所述形體參數可用是指創建出來的對象能夠與點云數據進行擬合； 53:人為干預參數，對不可用的形體參數結果進行修正； S4:構建邊際面模型，根據形體邊界以及邊界垂直方向點云延伸判斷，在各個相對垂直面中進行邊際面模型的創建； 55:以擬合方式拼合各邊際面模型，形成主體模型； 56:判斷主體模型是否為封閉模型，若是，則進行表面點云浮點差計算，并對超過浮點差范圍的群落點云數據進行偏離值收斂糾正，若不是封閉模型，則轉入步驟S3。2.如權利要求1所述的針對地下空間掃描點云成果數據的快速建模方法，其特征在于，步驟S2中預判形體參數的方法為采用凸多邊形拼合方式對空間對象的形狀進行分析，并計算空間對象分別在X、Y、Z軸方向的平面個數。3.如權利要求1所述的針對地下空間掃描點云成果數據的快速建模方法，其特征在于，步驟S4中所述的邊際面為一個平面四邊形，構建邊際面模型的方法為:通過點云中點的連續性來確定平面四邊形每個邊的位置、長度及頂點。4.如權利要求1所述的針對地下空間掃描點云成果數據的快速建模方法，其特征在于，步驟S5中所述的以擬合方式拼合各邊際面模型的過程為:根據各相鄰邊際面的鄰接、交叉情況進行邊與邊之間的對接，形成彎折曲面，將該彎折曲面與其影響范圍內的點云數據形成的連接曲面進行吻合度判斷，通過拉直點云曲面的方式對彎折曲面進行調整，使彎折曲面與連接曲面近似吻合，形成主體模型。5.如權利要求4所述的針對地下空間掃描點云成果數據的快速建模方法，其特征在于，步驟S6中所述表面點云浮點差是指單一點云數據對象到鄰近面的垂直距離； 所述浮點差范圍是指相鄰點云對象距離小于3倍點云平均鄰接距離且密度大于1/3點云平均密度的范圍； 所述群落是指在浮點差范圍內具有同一特征的點云數據對象構成的集合。6.如權利要求5所述的針對地下空間掃描點云成果數據的快速建模方法，其特征在于，步驟S6中對群落點云數據進行偏離值收斂糾正的方法為:對于相鄰點云超過浮點差范圍的群落，根據該群落點云連接曲面進行拉直處理，構建吻合該群落點云對象的簡單多邊形曲面，并將該簡單多邊形曲面與既有模型進行交叉連接，形成新的主體模型。
【專利摘要】本發明公開一種針對地下空間掃描點云成果數據的快速建模方法，該方法對受測對象特征明確、結構相對簡單的地下空間激光掃描點云數據進行快速識別，并在加入簡單參數后，能夠自動創建符合分類要求的三維空間模型，并根據對象明顯特征進行分類管理。本發明的關鍵在于在建模過程中采用擬合方式拼接簡單幾何立方體并采取收斂方式確保精度的三維建模技術。該方法使用多種幾何立體對象進行組合，在對點云數據進行結算的基礎上，對建模對象的主體結構進行自動建模。整個建模過程放棄了過去三角網構建過程中海量運算，直接采取擬合方式對建模對象進行立面建模計算，大大節省了建模時間，節約了建模計算資源。推動激光三維掃描技術在測繪領域的實用化使用。
【IPC分類】G06T17/00, G01B11/24
【公開號】CN105184854
【申請號】CN201510518545
【發明人】朱軍
【申請人】北京麥格天寶科技股份有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月24日