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(duì)城市環(huán)境中各種三維信息的表達(dá)與處理變得日益迫切,需要建立富有管理機(jī)能和操作機(jī)制的三維城市模型系統(tǒng)來對(duì)大批量三維數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和組織.本文以建立三維城市模型系統(tǒng)為應(yīng)用背景,對(duì)高程圖中的建筑物全自動(dòng)提取、建筑物三維模型的表達(dá)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(shí)驗(yàn)對(duì)相關(guān)理論和算法進(jìn)行了驗(yàn)證.首先,利用深度圖像分割的原理對(duì)高程圖中的建筑物實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(jì)的差值圖像中,利用灰度數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法可對(duì)原始高程圖進(jìn)行背景估計(jì)和消除.隨地形起伏動(dòng)態(tài)選擇閾值,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)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(duì)建筑物或植被區(qū)域的識(shí)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(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格數(shù)據(jù)場(chǎng)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(duì)分割出的特征區(qū)域進(jìn)行邊界的矢量表達(dá).其次,考慮到三維城市景觀實(shí)體的特點(diǎn),結(jié)合三

3、維城市模型中景觀對(duì)象的表達(dá)需求分析了基于幾何元素、基于拓?fù)潢P(guān)系和基于多面體模塊的建筑物建模方法及各自特點(diǎn).根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和對(duì)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(yīng)的數(shù)據(jù)表達(dá).最后,實(shí)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(yùn)用建筑物與地形的分層建模方法重建城區(qū)三維場(chǎng)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(yīng)的解決策略.針對(duì)依次連接相鄰網(wǎng)格點(diǎn)為多邊