數(shù)字城市中的建筑物提取及三維景觀重建技術(shù)研究.pdf

1、隨著GIS的迅速發(fā)展,對城市環(huán)境中各種三維信息的表達與處理變得日益迫切,需要建立富有管理機能和操作機制的三維城市模型系統(tǒng)來對大批量三維數(shù)據(jù)進行管理和組織.本文以建立三維城市模型系統(tǒng)為應用背景,對高程圖中的建筑物全自動提取、建筑物三維模型的表達以及城區(qū)三維景觀的重建做了系統(tǒng)的分析與深入的研究,通過大量的實驗對相關(guān)理論和算法進行了驗證.首先,利用深度圖像分割的原理對高程圖中的建筑物實現(xiàn)全自動提取.考慮到建筑物信息包含在原始高程與地形表面近似

2、估計的差值圖像中,利用灰度數(shù)學形態(tài)學的方法可對原始高程圖進行背景估計和消除.隨地形起伏動態(tài)選擇閾值,實現(xiàn)自適應閾值法的全局分割.依據(jù)三維表面法向量分布的有序或雜亂,完成對建筑物或植被區(qū)域的識別.用雙向邊界算子跟蹤特征的邊界,以樹形結(jié)構(gòu)表示特征邊界之間的相互關(guān)系,實現(xiàn)了網(wǎng)格數(shù)據(jù)場中特征區(qū)域的邊界跟蹤.引入Freeman鏈碼法和基于聚合的最小均方誤差多邊形逼近來對分割出的特征區(qū)域進行邊界的矢量表達.其次,考慮到三維城市景觀實體的特點,結(jié)合三

3、維城市模型中景觀對象的表達需求分析了基于幾何元素、基于拓撲關(guān)系和基于多面體模塊的建筑物建模方法及各自特點.根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和對稱性提取幾何信息,用參數(shù)變量加以描述,給出了幾種典型建筑物的參數(shù)模型和相應的數(shù)據(jù)表達.最后,實現(xiàn)了基于DEM疊加航空影像的城區(qū)三維景觀重建.根據(jù)被提取出的建筑物及其參數(shù)模型,嘗試運用建筑物與地形的分層建模方法重建城區(qū)三維場景,并分析了該方法帶來的建筑物與地形的融合問題及相應的解決策略.針對依次連接相鄰網(wǎng)格點為多邊