一种autocad建筑二维图快速提取并生成楼层轮廓线的方法与流程

本发明涉及一种外形提取的方法，更具体地，涉及一种autocad建筑二维图快速提取并生成楼层轮廓线的方法。

背景技术：

建筑二维图高度复杂，但是些项目仅需要建筑二维图楼层的外边界信息，无需其他图元信息。比如，在建立建筑大楼3d模型的时候，只需要建筑大楼每层楼外围形状，因而只需要外边界线及其信息，而不需要其他内部图元的信息。该方法可以实现快速对autocad建筑二维图中的边界特征点进行自动化快速提取，进而利用这些特征点集生成autocad多段线,如图1的红色多段线，用此多段线描述建筑楼层图的外边界并进行3d建模和后续的处理，大大减少了人工操作，提高效率。该方法还可以应用在其他复杂图纸，对实体边界(轮廓)进行提取，如机械零件图的外边界(轮廓)的自动化提取等等。

现有的图像处理技术可以比较好的找到图形的外围轮廓，但是不避开下图1这种情况。如图1所示，楼层外边界需要的是红色部分，而一般的图像处理找外轮廓无法避开突出的部分，并且传统的图像处理找外轮廓得到的一系列像素点，并不能直接得到autocad上的多段线实体，无法进行其他操作(如给楼层边界添加名称信息等)。并且对于斜直线，圆弧等图形，传统的图形处理需要用很多像素点去描述，这样会导致生成的autocad多段线顶点过多，对于后续的操作带来很多大不便。如：顶点过多的多段线用于3d建模刷新效率太低。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种autocad建筑二维图快速提取并生成楼层轮廓线的方法，通过设置避开建筑楼层二维图的一些不需要的突出部分，提取楼层外边界的特征点，并且用这些特征点直接在autocad上直线生成近似的多段线，去描述楼层外边界。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种autocad建筑二维图快速提取并生成楼层轮廓线的方法，具体步骤如下：

在软件autocad中框选边界部分的实体；并且对框选的实体中非水平和非垂直的直线进行分类标注，直线中，非水平和非垂直的直线标记为a，水平和垂直的直线归记为c，圆弧标记为b；

(1)在步骤(1)之后，将直线和直线、直线和圆弧、圆弧和圆弧之间的交点坐标都找出来标记为一个集合d；在autocad软件上通过人机交互，提示让用户点选一条线作为起始外轮廓边界，记为s；

(2)在步骤(2)之后，将所框选的实体进行图像数字化，即将标记后的a、b、c、d、s分别给不同的像素值；

(3)在步骤(3)之后，设定外墙轮廓迭代的方向，设定顺时针为迭代方向，即选定起始外围轮廓、startpoint2点、startpoint1点、endpiont点；

(4)在步骤(4)之后，进行算法的计算，以startpoint1点,statrpiont2点作为一个向量的起点和终点，以startpoint2点的八邻域像素点为搜索范围，再以startpoint2为向量的起点，以八邻域像素点作为向量的终点；然后把向量替换为向量再次进行判断，找出新的向量一直循环到八邻域出现endpiont点则跳出循环；；

(5)在步骤(5)之后，找到建筑楼层二维图的边界像素点集合d；对这些像素点进行采样，取出特征点；

(6)在步骤(6)之后，图像数字化后，像素图和autocad原始图的坐标的比列都不一样，下面对像素图的像素点坐标做变换，旨在得到autocad原图一致的坐标点，从而便于autocad直接生成楼层外边界多段线。

优选地，在步骤(3)中，设定类a的像素值为1，类b的像素值为2，类c的像素值为3，类s的像素点为0。

优选地，在步骤(4)设定外墙轮廓迭代的方向中，具体步骤如下：

若步骤(4)选择的是最下边界作为起始外围轮廓，则把最左的0像素点作为startpoint2点，次最左的0像素点作为startpoint1点，把最右的0像素点作为endpiont点；若步骤(4)选择的是最上边界作为起始外围轮廓，则把最右的0像素点作为startpoint2点，次最右的0像素点作为startpoint1点，把最左的0像素点作为endpiont点；若步骤(4)选择的是最右边界作为起始外围轮廓，则把最下的0像素点作为startpoint2点,次最下的0像素点作为startpoint1点，把最上的0像素点作为endpiont点；若步骤(4)选择的是最左边界作为起始外围轮廓，则把最上的0像素点作为startpoint2点，次最上的0像素点作为startpoint1点，把最下的0像素点作为endpiont点。

优选地，在步骤(5)中，算法的计算的具体步骤如下：

(i)以步骤(4)中的startpoint1,statrpiont2作为一个向量的起点和终点，以startpoint2的八邻域像素点为搜索范围，再以startpoint2为向量的起点，以八邻域像素点作为向量的终点(已选的边界像素点不进行重复判断)；计算向量和向量的余弦值；其中为像素点坐标；从而得出余弦角的公式为：

且计算向量和向量的叉乘：

(ii)进行判断；如果向量和向量的叉乘值大于0，则θ1＝θ1，如果叉乘值小于0，则θ1＝-θ1，最后取θ1～θ8中最大θ值对应的向量为目标向量，向量的终点为我们要找的外边界像素点；

(iii)设定再以新找到的像素点的八零域进行上述判断，找出下个外边界像素点；方法的几何含义是：以顺时针的方向循环时，边界像素点总在上一次向量的最左边；向量的叉乘的正负能判断向量先对向量时处于左边还是右边，结合θ角能求出相对与向量最左的向量，且对应的θ角最大。

优选地，在步骤(iii)中，

在startpoint2的八邻域内有和向量，将和向量分别与向量按照上面所述求出θ1和θ2的值，得到θ1＜θ2，则选择向量为对应的像素值为4的点为外边界像素点(contourpoint)；接着向量变为刚才得到的向量，再以contourpoint的八邻域像素点进行下次判断，一直循环到contourpoint的八邻域出现endpoint点则跳出循环；每次搜索的八邻域中，如果含有像素值为4的像素点，在找到外边界像素点(contourpoint)后，把与contourpoint点最近的像素值为4的点激活。

优选地，在步骤(7)中，

对集合d1的每个像素点坐标进行坐标变换,公式如下:

为变换后的坐标，为变换前的坐标，并即变换后的点集合为d2。

优选地，在步骤(7)中，在autocad上输入一个建筑二维图边界的放置基准点setpoint(即在该点生成楼层边界多段线)；假设以点集合为d2第一个像素点与setpoint坐标对应。setpoint.x为setpoint的横坐标，setpoint.y因为setpoint的纵坐标。δx为基准点横坐标和第一个像素点横坐标的差值，δy为基准点横坐标和第一个像素点纵坐标的差值。

然后对点集合d2每一个点进行变换，即

优选地，在步骤(7)中，求1个像素点对应实际工程图中的距离(即使像素点距离大小与实际建筑二维图距离一致)，记为r；具体步骤如下：根据建筑二维图的边界外形，选择最上最下点(或最左最右点)；若选择的是最上最下点，则记录这两点的纵坐标差δd,若选择的是最左最右点则记录这两点的横坐标差δd；对应的求出点集合d1中的最上最下像素点的纵坐标差δd(或者最左最右像素点横坐标差δd)

优选地，在步骤(7)中，生成建筑二维楼层边界线的具体步骤如下：以点集合d2的第一个点为标准点，对其余的像素点坐标进行r比例变换，假设点集合d2第一个点为rate_point1，其余点为rate_point_n；x代表横坐标，y代表纵坐标；δpx两点间的横像素坐标差；

δpx＝rate_point_n.x-rate_point1.x

δpy＝rate_point_n.y-rate_pointl.y

rate_point_n.x＝rate_point1.x+r*δpx

rate_point_n.y＝rate_point1.y+r*δpy

记经过该步骤变换的像素点坐标为点集合d3，点集合d3则为建筑二维楼层边界图的特征点，用这个点集d3作为autocad的多段线顶点，则可以在基点setpoint处生成建筑二维楼层边界线

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种autocad建筑二维图快速提取并生成楼层轮廓线的方法，通过设置避开建筑楼层二维图的一些不需要的突出部分，提取楼层外边界的特征点，并且用这些特征点直接在autocad上直线生成近似的多段线，去描述楼层外边界。本发明把斜直线、圆弧和非斜直线归为三类，分别以不同的像素值表示(有利于接下来取特征点，使得较少的特征点就可以描述上述三类图元)，再以像素值为4的像素点表示autocad的图元交点(为了跳出边界进入建筑二维图的突出部分)，能快速找到建筑二维图的楼层边界特征点，并用这些特征点生成autocad上的多段线，大大的减少了人工操作。

附图说明

图1为本发明现有技术处理的图形外围轮廓的结构示意图。

图2为本发明的流程图。

图3为本发明步骤(6)中边界像素点寻找的示意图。

图4为点集合d生成多段线的示意图。

图5为坐标变换的结构示意图。

图6为本发明的具体工作流程图。

图7为算法生成的效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1至7所示为本发明一种autocad建筑二维图快速提取并生成楼层轮廓线的方法的实施例，具体步骤如下：

(1)在软件autocad中框选边界部分的实体；并且对框选的实体中非水平和非垂直的直线进行分类标注，直线中，非水平和非垂直的直线标记为a，水平和垂直的直线归记为c，圆弧标记为b；

(2)在步骤(1)之后，将直线和直线、直线和圆弧、圆弧和圆弧之间的交点坐标都找出来标记为一个集合d；在autocad软件上通过人机交互，提示让用户点选一条线作为起始外轮廓边界，记为s；

(3)在步骤(2)之后，将所框选的实体进行图像数字化，即将标记后的a、b、c、d、s分别给不同的像素值；

(4)在步骤(3)之后，设定外墙轮廓迭代的方向，设定顺时针为迭代方向，即选定起始外围轮廓、startpoint2点、startpoint1点、endpiont点；

(5)在步骤(4)之后，进行算法的计算，以startpoint1点,statrpiont2点作为一个向量的起点和终点，以startpoint2点的八邻域像素点为搜索范围，再以startpoint2为向量的起点，以八邻域像素点作为向量的终点；然后把向量替换为向量再次进行判断，找出新的向量一直循环到八邻域出现endpiont点则跳出循环；

(6)在步骤(5)之后，找到建筑楼层二维图的边界像素点集合d；对这些像素点进行采样，取出特征点；

(7)在步骤(6)之后，图像数字化后，像素图和autocad原始图的坐标的比列都不一样，下面对像素图的像素点坐标做变换，旨在得到autocad原图一致的坐标点，从而便于autocad直接生成楼层外边界多段线。

其中，在步骤(3)中，设定类a的像素值为1，类b的像素值为2，类c的像素值为3，类s的像素点为0。

另外，在步骤(4)设定外墙轮廓迭代的方向中，具体步骤如下：

若步骤(4)选择的是最下边界作为起始外围轮廓，则把最左的0像素点作为startpoint2点，次最左的0像素点作为startpoint1点，把最右的0像素点作为endpiont点；若步骤(4)选择的是最上边界作为起始外围轮廓，则把最右的0像素点作为startpoint2点，次最右的0像素点作为startpoint1点，把最左的0像素点作为endpiont点；若步骤(4)选择的是最右边界作为起始外围轮廓，则把最下的0像素点作为startpoint2点,次最下的0像素点作为startpoint1点，把最上的0像素点作为endpiont点；若步骤(4)选择的是最左边界作为起始外围轮廓，则把最上的0像素点作为startpoint2点，次最上的0像素点作为startpoint1点，把最下的0像素点作为endpiont点。

其中，在步骤(5)中，算法的计算的具体步骤如下：

(i)以步骤(4)中的startpoint1,statrpiont2作为一个向量的起点和终点，以startpoint2的八邻域像素点为搜索范围，再以startpoint2为向量的起点，以八邻域像素点作为向量的终点(已选的边界像素点不进行重复判断)；计算向量和向量的余弦值；其中为像素点坐标；从而得出余弦角的公式为：

且计算向量和向量的叉乘：

(ii)进行判断；如果向量和向量的叉乘值大于0，则θ1＝θ1，如果叉乘值小于0，则θ1＝-θ1，最后取θ1～θ8中最大θ值对应的向量为目标向量，向量的终点为我们要找的外边界像素点；

(iii)设定再以新找到的像素点的八零域进行上述判断，找出下个外边界像素点；方法的几何含义是：以顺时针的方向循环时，边界像素点总在上一次向量的最左边；向量的叉乘的正负能判断向量先对向量时处于左边还是右边，结合θ角能求出相对与向量最左的向量，且对应的θ角最大。

另外，在步骤(iii)中，

在startpoint2的八邻域内有和向量，将和向量分别与向量按照上面所述求出θ1和θ2的值，得到θ1＜θ2，则选择向量为对应的像素值为4的点为外边界像素点(contourpoint)；接着向量变为刚才得到的向量，再以contourpoint的八邻域像素点进行下次判断，一直循环到contourpoint的八邻域出现endpoint点则跳出循环；每次搜索的八邻域中，如果含有像素值为4的像素点，在找到外边界像素点(contourpoint)后，把与contourpoint点最近的像素值为4的点激活。

其中，在步骤(7)中，对集合d1的每个像素点坐标进行坐标变换,公式如下:

为变换后的坐标，为变换前的坐标，并即变换后的点集合为d2。

另外，在步骤(7)中，在autocad上输入一个建筑二维图边界的放置基准点setpoint(即在该点生成楼层边界多段线)；假设以点集合为d2第一个像素点与setpoint坐标对应。setpoint.x为setpoint的横坐标，setpoint.y因为setpoint的纵坐标。δx为基准点横坐标和第一个像素点横坐标的差值，δy为基准点横坐标和第一个像素点纵坐标的差值。

然后对点集合d2每一个点进行变换，即

其中，在步骤(7)中，求1个像素点对应实际工程图中的距离(即使像素点距离大小与实际建筑二维图距离一致)，记为r；具体步骤如下：根据建筑二维图的边界外形，选择最上最下点(或最左最右点)；若选择的是最上最下点，则记录这两点的纵坐标差δd,若选择的是最左最右点则记录这两点的横坐标差δd；对应的求出点集合d1中的最上最下像素点的纵坐标差δd(或者最左最右像素点横坐标差δd)

另外，在步骤(7)中，生成建筑二维楼层边界线的具体步骤如下：以点集合d2的第一个点为标准点，对其余的像素点坐标进行r比例变换，假设点集合d2第一个点为rate_point1，其余点为rate_point_n；x代表横坐标，y代表纵坐标；δpx两点间的横像素坐标差；

δpy＝rate_point_n.x-rate_point1.x

δpy＝rate_point_n.y-rate_point1.y

rate_point_n.x＝rate_point1.x+r*δpx

rate_point_n.y＝rate_point1.y+r*δpy

记经过该步骤变换的像素点坐标为点集合d3，点集合d3则为建筑二维楼层边界图的特征点，用这个点集d3作为autocad的多段线顶点，则可以在基点setpoint处生成建筑二维楼层边界线。

具体的原理步骤如下：

(1)先在autocad软件上框选边界部分的实体。(由于建筑平面图一般都很复杂，用autocad有选择性的框选边界附近部分，能加速算法的实现)。

(2)把框选的实体中非水平和非垂直的直线识别出来归为类a，把圆弧识别出来作为类b，把除了上述说明的实体识别出来作为类c。

(3)然后把直线和直线、直线和圆弧、圆弧和圆弧之间的交点坐标都找出来作为一个集合d。(这里只求上述三种实体的交点，是因为一般建筑二维图的边界都由这三种实体组成，如果该边界还有其他类型实体组成，则可以把它们的交点加上，交点用于后面的算法，处理方式一样)。人机交互点选一条(最右，最右最上或者最下)边界作为起始外围轮廓边界，记为类s。

(4)把上述的所框选的实体进行图像数字化，数字化过程中，类a、类b、类c、类s分别给不同的像素值(这里假设类a给像素值1，类b给像素值2，类c给像素值3，类s给像素点0)，对于3中所述的交点，把交点所在的像素点的像素值设置成4.此外，类s还要记录它是属于类a、b、c的哪一类。

(5)规定外墙轮廓迭代的方向，本说明书以顺时针为迭代方向。若步骤3选择的是最下边界作为起始外围轮廓，则把最左的0像素点极为startpoint2点,次最左的0像素点作为startpoint1点，把最右的0像素点作为endpiont点。(若步骤3选择的是最上边界作为起始外围轮廓，则把最右的0像素点极为startpoint2点,次最右的0像素点作为startpoint1点，把最左的0像素点作为endpiont点。若步骤3选择的是最右边界作为起始外围轮廓，则把最下的0像素点极为startpoint2点,次最下的0像素点作为startpoint1点，把最上的0像素点作为endpiont点。若步骤3选择的是最左边界作为起始外围轮廓，则把最上的0像素点极为startpoint2点,次最上的0像素点作为startpoint1点，把最下的0像素点作为endpiont点。)

(6)算法的主要部分是，以步骤5的startpoint1,statrpiont2作为一个向量的起点和终点，以startpoint2的八邻域像素点为搜索范围，再以startpoint2为向量的起点，以八邻域像素点作为向量的终点(已选的边界像素点不进行重复判断)。计算向量和向量的余弦值。其中为像素点坐标。

计算向量和向量的叉乘：

如果向量和向量的叉乘值大于0，则θ1＝θ1，如果叉乘值小于0，则θ1＝-θ1，最后取θ1～θ8中最大θ值对应的向量为目标向量，向量的终点为我们要找的外边界像素点。然后再以新找到的像素点的八零域进行上述判断，找出下个外边界像素点。方法的几何含义是：以顺时针的方向循环时，边界像素点总在上一次向量的最左边。向量的叉乘的正负能判断向量先对向量时处于左边还是右边，结合θ角能求出相对与向量最左的向量(对应的θ角最大)。如图2所示，在startpoint2的八邻域内有和向量，将和向量分别与向量按照上面所述求出θ1和θ2的值，得到θ1＜θ2,则选择向量为对应的像素值为4的点为外边界像素点(contourpoint)。接着向量变为刚才得到的向量，再以contourpoint的八邻域像素点进行下次判断，一直循环到contourpoint的八邻域出现endpoint点则跳出循环。此间所找的contourpoint和像素值为0的像素点构成了建筑平面图的外边界像素点集合d。

(7)上述步骤每次搜索的八邻域中，如果含有像素值为4的像素点，在找到外边界像素点(contourpoint)后，把与contourpoint点最近的像素值为4的点激活。

(8)如果步骤6遇到八邻域中没有可选的像素点了，且没有回到endpoint点，那说明程序进入了突出边界路径。此时需要把循环点跳回到最近激活的像素值为4的点，从这个点八邻域进行步骤6的边界像素点的寻找。寻找过程不能与之前走过的突出边界路径一样，即在最近激活的4像素点八领域寻找新的边界路径。如果循环点跳回最近激活的4像素值点依旧没有新的路径选择，则继续往上一个激活的4像素值点调回，重复上述寻找步骤。举例如图3：红色的方向皆不是我们想要找的建筑二维图边界，当步骤6的循环到了a方向的3像素点时，已经无法继续循环下去，则需要跳回最近激活的4像素点，从该店继续步骤6判断，选择到b方向，此时4像素点再次被激活，又到b方向尽头时，发现无法再进行下去，则又跳回4像素点，找到了c方向。接着按照步骤6会继续走到d方向尽头，又出现无法循环的且没有回到endpoint的情况，则跳回最近激活的4像素点，发现没有新的路径可以走，则该4像素点没被激活，继续往上一个4像素点跳回，则可以找到e方向。如图2所示。

(9)根据前面的步骤，我们能找到建筑楼层二维图的边界像素点集合d。下面则对这些像素点进行采样，因为该集合的点太多，最终生成的autocad的多段线不需要这么多点，只需要特征点。如果把全部的点集合d都用来生成多段线，则会使得画出来的autocad多段线的点太多，给以后的边界可视化和使用带来很大不便。如图3所示。把步骤10、11、12优化后的点集记为集合d1。

(10)把相邻的像素值为3或者4的点进行判断，是否在统一直线上。具体的方法为：判断相邻的像素值为3的像素点的横坐标或纵坐标是否一致。如果如果一致，说明它们是一条直线上的点，则只取首尾两点，其他的像素点删除。

(11)把相邻的像素点为1的点集只取首尾两点，取完之后，若…11411…这种情况，可以通过判断前一对11像素点的斜率，和后一对11像素点的斜率是否一致，若一致或者两者斜率的差低于阈值k，可将两者合并为一条斜直线。(k的值可以视情况而给)

(12)相邻像素值为2的点集，说明这些点集是圆弧实体组成的，这可以根据实际需要的建筑二维图边界的精度来确定一个阈值f。这个阈值f决定最后边界多段线拟合圆弧的精度。如阈值f取3，即在相邻像素点为2的点集中，每3个像素点，取一个点。

(13)图像数字化后，像素图和autocad原始图的坐标的比列都不一样，下面对像素图的像素点坐标做变换，旨在得到autocad原图一致的坐标点，用于autocad直接生成楼层外边界多段线。一般情况下，图像数字化之后的坐标系如图3左边所示，而autocad的坐标系则如图4右边所示,故需要对集合d1的每个像素点坐标进行坐标变换，公式如下:

为变换后的坐标，为变换前的坐标，并即变换后的点集合为d2。

(14)在autocad上输入一个建筑二维图边界的放置基准点setpoint(即在该点生成楼层边界多段线)。假设以点集合为d2第一个像素点与setpoint坐标对应。setpoint.x为setpoint的横坐标，setpoint.y因为setpoint的纵坐标。δx为基准点横坐标和第一个像素点横坐标的差值，δy为基准点横坐标和第一个像素点纵坐标的差值。

然后对点集合d2每一个点进行变换，即

(15)求1个像素点对应实际工程图中的距离(即使像素点距离大小与实际建筑二维图距离一致)，记为r。根据建筑二维图的边界外形，选择最上最下点(或最左最右点)。若选择的是最上最下点，则记录这两点的纵坐标差δd,若选择的是最左最右点则记录这两点的横坐标差δd。对应的，求出点集合d1中的最上最下像素点的纵坐标差δd(或者最左最右像素点横坐标差δd)。

(16)以点集合d2的第一个点为标准点，对其余的像素点坐标进行r比例变换。假设点集合d2第一个点为rate_point1，其余点为rate_point_n。x代表横坐标，y代表纵坐标。δpx两点间的横像素坐标差

δpx＝rate_point_n.x-rate_point1.x

δpy＝rate_point_n.y-rate_point1.y

rate_point_n.x＝rate_point1.x+r*δpx

rate_point_n.y＝rate_point1.y+r*δpy

记经过步骤16变换的像素点坐标为点集合d3。点集合d3则为建筑二维楼层边界图的特征点，用这个点集d3作为autocad的多段线顶点,则可以在基点setpoint处生成建筑二维楼层边界线。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。