一种基于CAD图纸的建筑物室内空间提取方法与流程

本发明属于地理信息系统、建筑学以及计算机图形学技术领域，具体涉及一种基于cad图纸的建筑物室内空间提取方法。

背景技术：

建筑物室内空间是现代人类生活、工作和娱乐的主要场所。在数字城市建设、建筑信息化管理、室内环境模拟等领域中，建筑室内空间均是重要的研究对象。现有的建筑物室内空间提取方法大致可以分为基于人工交互的建模方法和基于cad图纸的建模方法两类。

基于人工交互的建模方法可以构建室内空间的三维实体，如在revit等基于ifc数据模型的现代建筑设计软件中，虽然有建筑空间的实体，但仍然需要人工确定空间的几何形体，无法实现自动化的空间建模。其空间建模精度与效率取决于建模者的熟悉程度，因此难以大规模推广。

基于cad图纸的建模方法，可以先通过语义转换、符号理解等方法提取墙、柱、门窗等各类建筑构件信息，建立建筑物三维实体模型。再根据“室内空间是由各类建筑构件围合形成的独立空间”这一基本原理，采用间接推断的方式来确定其边界，从而实现建筑物室内空间的三维建模。christianah-soon、朱俊芳等在论文中提出了通过识别cad图纸中构件所围合的环来识别潜在空间，实现了室内空间的识别和几何边界的确定。

然而，现代大型建筑物中通常存在用于支撑大厅的孤立柱子，用于划分功能区的孤立墙体等复杂情况。这些孤立建筑构件不与其他建筑构件相接，因此无法作为空间边界形成封闭的环路，从而导致了识别环路的室内建模方法无法准确提取室内空间的边界。

总之，现有的室内空间提取方法不仅遗漏了对复杂室内情况处理，还导致较低的提取效率。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于cad图纸的建筑物室内空间提取方法。

技术方案：本发明一种基于cad图纸的建筑物室内空间提取方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

(1)通过约束网络和样例驱动符号识别方法，在cad图纸中提取围合建筑物室内空间的构件，这些起围合作用的建筑构件即为室内空间边界构件；读入室内空间边界构件的二维几何集a＝{ai,i∈[0,n)}，ai表示第i个边界构件的几何，n表示边界构件的个数，然后通过边界构件集合a计算室内空间边界构件的并集s；

(2)对围合建筑物室内空间的边界构件并集s求凸包c；

(3)用凸包c和围合建筑物室内空间的边界构件并集s做布尔差运算，得到相应多边形，该多边形包括边界构件围合的室内空间和边界凸包c覆盖的室外空间；

(4)区分并剔除不具有室内空间特性的室外空间多边形，由于室内空间均通过建筑构件围合而成，所以必然不可能与楼层凸包以外的区域直接相接，因此室内空间和室外空间判别的方法即为检测提取出的空间多边形与凸包c边界的相接关系：如果空间多边形与凸包c边界相接，则该空间属于室外空间，剔除该空间；如果空间多边形与凸包c边界相离，则该空间为建筑物室内空间，保存该空间，最终得到所有建筑物室内空间。

有益效果：本发明能够直接根据cad图纸对建筑物室内空间进行提取，能够有效地解决建筑物三维建模过程中室内空间的提取问题，大大增强了室内空间提取正确率，进而提高建筑物室内空间提取的算法效率。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实施例的输入建筑构件集示意图；

图3为实施例的构件并集生成的凸包示意图；

图4为实施例的凸包与建筑构件布尔差的示意图；

图5为实施例的生成的建筑物室内空间的示意图。

其中，如3(1)为实施例中所有空间边界构件的并集s示意图；图3(2)为实施例中并集s求凸包c后的示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如附图1所示，本发明一种基于cad图纸的建筑物室内空间提取方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

(1)通过本技术领域的语义转换、符号理解等惯用方法，在cad图纸中提取围合建筑物室内空间的构件，这些起围合作用的建筑构件即为室内空间边界构件；读入室内空间边界构件的二维几何集a＝{ai,i∈[0,n)}，ai表示第i个边界构件的几何，n表示边界构件的个数，然后通过边界构件集合a计算室内空间边界构件的并集s；

(2)对围合建筑物室内空间的边界构件并集s求凸包c；

(3)用凸包c和围合建筑物室内空间的边界构件并集s做布尔差运算，得到相应多边形，该多边形包括边界构件围合的室内空间和边界凸包c覆盖的室外空间；

(4)区分并剔除不具有室内空间特性的室外空间多边形，由于室内空间均通过建筑构件围合而成，所以必然不可能与楼层凸包以外的区域直接相接，因此室内空间和室外空间判别的方法即为检测提取出的空间多边形与凸包c边界的相接关系：如果空间多边形与凸包c边界相接，则该空间属于室外空间，剔除该空间；如果空间多边形与凸包c边界相离，则该空间为建筑物室内空间，保存该空间，最终得到所有建筑物室内空间。

实施例：

本实施例的基于cad图纸的建筑物室内空间提取方法依次包括以下基本步骤：

(1)通过本技术领域的语义转换、符号理解等惯用方法，在cad图纸中提取到围合建筑物室内空间的边界构件，读入待提取的单楼层建筑边界构件集合a＝{ai,i∈[0,n)}，包括n个构件；

本实施例的初始建筑构件集合为

w＝{w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7，w8，w9，w10，w11，w12}，括号中的12个墙构件，其分布如附图2所示。

c＝{c1，c2，c3，c4，c5，c6，c7，c8，c9，c10，c11}，括号中的11个柱子构件，其分布如附图2所示。

(2)求所有建筑边界构件的并集s；

s＝(w1∪w2∪w3∪w4∪w5∪w6∪w7∪w8∪w9∪w10∪w11∪w12)∪(c1∪c2∪c3∪c4∪c5∪c6∪c7∪c8∪c9∪c10∪c11)，得到所有空间边界构件的并集s，如附图3(1)所示；然后对构件几何并集s求凸包c，其结果如附图3(2)所示；

(3)对用凸包c和所求的空间边界构件并集s做布尔差运算。通过凸包与构件并结果多边形进行布尔差运算，得到的空间多边形既包括了构件围合的室内空间集合n＝{n1，n2，n3}，也包含了边界凸包覆盖的室外空间多边形集合e＝{e1，e2}，如附图4所示；

(4)剔除外部空间。在(3)中计算结果中需要加以区分并剔除不具备室内空间特征的室外空间多边形。由于室内空间均通过边界构件围合而成，所以必然不可能与楼层凸包以外的区域直接相接，因此判别室内、室外空间的方法即为检测提取出的空间多边形与凸包c边界是否存在相接关系。如果空间多边形与凸包c边界相接，则该空间属于室外空间，剔除该空间。反之，通过相离关系判定则得到建筑物室内空间n，最终提取结果如附图5所示，e1和e2均与室内空间多边形相离，因此将其剔除。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种基于CAD图纸的建筑物室内空间提取方法，包括以下步骤：计算楼层中所有围合室内空间的建筑构件的并集S；对建筑构件的并集结果S求凸包C；用凸包C和围合室内空间的建筑构件的并集S做布尔差运算，得到空间集合N；在空间集合N中删除所有与凸包C相接的空间，余下的为建筑物内部空间集合。本发明能够直接根据CAD图纸对建筑物室内空间进行提取，能够有效地解决建筑物三维建模过程中室内空间的提取问题，大大增强了室内空间提取正确率，进而提高建筑物室内空间提取的算法效率。

技术研发人员：庞月勇;周良辰;林冰仙;闾国年
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：2017.03.30
技术公布日：2017.08.29