CN116051732A - 基于cad图层的柱状结构三维建模方法、***和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法、***和存储介质，方法包括以下步骤：选择CAD显示图层，并根据所述图层获取结构图形名称和对应的结构参数信息，对各结构图形进行分组；根据每组中的结构图形的结构参数信息生成对应的最大闭合外轮廓多边形，作为柱状结构的轮廓线；根据所述柱状结构的轮廓线和所述结构图形对应的高度信息，生成相应柱状结构的三维模型；或者对图块组中的各个图块进行图形识别，获取各个图块的几何中心点，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩。与现有技术相比，本发明具有数据来源真实，模型精确；采用此方法建模高效，模型生成效率高等优点。

Description

基于CAD图层的柱状结构三维建模方法、***和存储介质

技术领域

本发明涉及数据建模技术领域，尤其是涉及基于CAD图层的柱状结构三维建模方法、***和存储介质。

背景技术

现有技术中为生成柱状结构，如建筑物、排桩等，大多在CAD中进行人工绘制立体图像，并标注对应的详细参数。

上述现有技术存在以下缺陷：

1.需要耗费大量人力手绘模型。

2.生成速度慢。

3.生成的模型不够精确，且技术规格不统一。

公开号为CN113936112A的发明公开了一种基于BIM技术的地形建模装置，包括地形分析模块、数据采集模块、传输模块、接收模块、数据分析模块、模型生成模块、验证模块。本发明的优点：本发明的地形建模装置通过结合BIM技术，根据在场地测量的地形数据生成地形三维实体模型，模型生成后还可以通过验证模块进行后续检查，大大提高了建模的准确性，工程三维模型能够为施工人员做直观、形象及虚拟现实技术交底以及为后期的建筑设计提供设计基础，实现地形数据的高效利用。

该方案通过BIM软件生成模型生成建筑物模型，需要大量的地形数据和建筑数据，且数据处理过程计算复杂繁琐，计算成本高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在人工绘制立体图像耗费人工成本高、BIM软件生成方法计算成本高的缺陷而提供一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法、***和存储介质。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，包括以下步骤：

选择CAD显示图层，并根据所述图层获取结构图形名称和对应的结构参数信息，对各结构图形进行分组；

根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型。

进一步地，根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型，具体为：

根据每组中的结构图形的结构参数信息生成对应的最大闭合外轮廓多边形，作为柱状结构的轮廓线；根据所述柱状结构的轮廓线和所述结构图形对应的高度信息，生成相应柱状结构的三维模型。

进一步地，所述根据每组中的结构图形的结构参数信息生成对应的最大闭合外轮廓多边形包括：

在所述结构图形中搜索线段的交点，若所述交点位于多个线段的端点之间，则在所述交点处打断所述线段；

在所述结构图形中搜索只连接了一条线段的端点，去除所述端点连接的线段；

在所述结构图形中选取最外侧的一个线段作为第一起始线段，从第一起始线段出发，依次选取沿第一时针方向与所述第一起始线段夹角最大/最小的线段，将所述线段作为第二起始线段，直至所述第二起始线段端点与所述第一起始线段端点重合，得到所述最大闭合外轮廓多边形。

进一步地，所述起始线段的选取过程为：

将所述结构图形的侧边端点作为起始点，若结构图形的所述侧边存在多个端点，则从中选取一个端点作为起始点；

确定所述起始点连接的线段，计算所述线段与预设的第一方向夹角，基于所述起始点的位置以及所述预设的第一方向选取夹角最小/最大的线段作为起始线段。

进一步地，以所述最大闭合外轮廓多边形为底面，按照垂直于所述最大闭合外轮廓多边形所在平面的方向，根据所述高度信息生成围绕所述底面外轮廓的侧面和顶面，从而构成三维模型。

进一步地，根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型，具体为：

对图块组中的各个图块进行图形识别，获取各个图块的几何中心点，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩。

本发明还提供一种基于CAD图层的柱状结构三维建模***，包括：

结构图形获取模块，用于选择CAD显示图层，并根据所述图层获取结构图形名称和对应的结构参数信息，对各结构图形进行分组；

柱状结构生成模块，用于根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型。

进一步地，所述柱状结构生成模块具体包括：

最大闭合外轮廓多边形生成子模块，用于在所述结构图形中搜索线段的交点，若所述交点位于多个线段的端点之间，则在所述交点处打断所述线段；在所述结构图形中搜索只连接了一条线段的端点，去除所述端点连接的线段；在所述结构图形中选取最外侧的一个线段作为第一起始线段，从第一起始线段出发，依次选取沿第一时针方向与所述第一起始线段夹角最大/最小的线段，将所述线段作为第二起始线段，直至所述第二起始线段端点与所述第一起始线段端点重合，得到所述最大闭合外轮廓多边形；

所述起始线段的选取过程为：

将所述结构图形的侧边端点作为起始点，若结构图形的所述侧边存在多个端点，则从中选取一个端点作为起始点；确定所述起始点连接的线段，计算所述线段与预设的第一方向夹角，基于所述起始点的位置以及所述预设的第一方向选取夹角最小/最大的线段作为起始线段；

三维模型构建子模块，用于以所述最大闭合外轮廓多边形为底面，按照垂直于所述最大闭合外轮廓多边形所在平面的方向，根据所述高度信息生成围绕所述底面外轮廓的侧面和顶面，从而构成三维模型。

进一步地，所述柱状结构生成模块具体包括：

排桩生成模块，用于对图块组中的各个图块进行图形识别，获取各个图块的几何中心点，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩。

本发明还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如上所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，根据CAD图层信息获取结构图形，然后进行线段识别和处理，得到最大闭合外轮廓多边形，作为柱状结构的底面，从而延伸形成柱状结构的三维图形；整体方案数据来源真实，模型精确；采用此方法建模高效，模型生成效率高；模型包含CAD相关数据，支撑后续分析预测。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种连接有四条线段的交点示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种连接有三条线段的交点示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种连接有两条线段的交点示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种去除端点只连接一条线段的线段示意图；

图6为本发明实施例中提供的一种起始点的选取示意图；

图7为本发明实施例中提供的一种起始线段的选取示意图；

图8为本发明实施例中提供的一种最大闭合外轮廓的获取过程示意图；

图9为本发明实施例中提供的一种最大闭合外轮廓的示意图；

图10为本发明实施例中提供的一种拉伸方向示意图；

图11为本发明实施例中提供的一种第一建筑物三维模型示意图；

图12为本发明实施例中提供的一种第二建筑物三维模型示意图；

图13为本发明实施例中提供的一种建筑物群的三维模型示意图；

图14为本发明实施例中提供的一种凸块的中心点生成示意图；

图15为本发明实施例中提供的一种排桩的三维模型示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，包括以下步骤：

S1：接收CAD图层信息，并根据CAD图层信息获取结构图形和对应的结构参数信息，对各结构图形进行分组；

S2：根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型。

作为一种优选的实施方式，步骤S2具体为：

根据每组中的结构图形的结构参数信息生成对应的最大闭合外轮廓多边形，作为柱状结构的轮廓线；根据柱状结构的轮廓线和结构图形对应的高度信息，生成相应柱状结构的三维模型。

最大闭合外轮廓多边形的生成过程包括：

在结构图形中搜索线段的交点，若交点位于多个线段的端点之间，则打断为端点；对于连接线段的端点与搜索的交点重合的情况，不予打断，如图2所示的交点位于两个线段中间，进行打断，如图3和4所示的交点位于某一线段的端部，不打断。

如图5所示，在结构图形中搜索端点只连接了一条线段的线段，即只连接了自身，然后去除该线段；

在结构图形中选取最外侧的一个线段作为第一起始线段，从第一起始线段出发，依次选取沿第一时针方向与第一起始线段夹角最大/最小的线段，将线段作为第二起始线段，直至第二起始线段端点与第一起始线段端点重合，得到最大闭合外轮廓多边形。

可选的，起始线段的选取过程为：

将结构图形的侧边端点作为起始点，若结构图形的侧边存在多个端点，则从中选取一个端点作为起始点；

确定起始点连接的线段，计算线段与预设的第一方向夹角，基于起始点的位置以及预设的第一方向选取夹角最小/最大的线段作为起始线段。

需要说明的是，若结构图形的侧边存在多个端点，从中选取起始点的方式可以为选取最上方的端点或最下方的端点作为起始点，不做唯一限定。

确定起始线段过程中，确定的第一方向可以为顺时针方向、逆时针方向、X轴负方向、Y轴负方向等等，不做唯一限定。

由此可以实现不同的搭配，如：

选择线段最上方的端点作为起始点，计算起始点连接的线段与X轴负方向的夹角，选择夹角最小的作为起始线段，然后选择顺时针旋转角度最小的线段作为下一段线段。

或者选择线段最下方的端点作为起始点，计算起始点连接的线段与与Y轴负方向夹角，选择之间所形成的夹角最大的线段作为起始线段，然后选择逆时针旋转角度最小的线段作为下一段起始线段。

本实施例中，根据结构图形所处的坐标系，依据线段端点位置坐标取横坐标在最左侧的端点作为起始点，有多个相同横坐标，取最下方的端点，如图6所示；

以起始点为端点，计算与Y轴负方向夹角最小的线段作为起始线段。

具体地，如图7所示，对于该端点连接的两条线段，计算该两条线段与Y轴负方向的夹角分别为α和β，比对α和β大小，若α<β，则取夹角为α的线段作为起始线段。

如图8所示，从起始线段出发，永远取最右侧(即线段顺时针旋转角度最大)线段作为下一段线段，直到回到起始线段，组合成为闭合轮廓，即为最大闭合外轮廓。

作为一种优选的实施方式，生成最大闭合外轮廓多边形后，三维模型的生成过程还包括：

如图9-13所示，以最大闭合外轮廓多边形为底面，按照垂直于最大闭合外轮廓多边形所在平面的方向，根据对应的高度信息生成围绕底面外轮廓的侧面，从而构成三维模型。

相当于，根据计算得到的最大闭合外轮廓多边形，按照获取的建筑物高度，进行拉伸，最后得到相应的建筑族。

作为一种优选的实施方式，步骤S2还可以为：

根据CAD图层信息获取图形信息，识别出图块，并划分至对应的图块组中；如图14所示，对图块组中的各个图块进行图形识别(包括线段、弧线、闭合线圈)，获取各个图块的几何中心点，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩。

本实施例中识别每一个图块的几何中心点，实测3889个图块，有效点位3867个，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩，如图15所示；排桩信息包括排桩类型、直径大小、底部高度和顶部高度。

可选的，在获取CAD图层信息后，根据需求定义参数，确定CAD显示图层显示于当前视图或全部视图；位置定位方式(原点到原点，中心到中心，共享坐标)；以及以及相应的缩放比例(确定根据CAD图纸中的数字所带单位：m或mm进行确定)。

然后，获取CAD中图形模块的图层名称和块名称，将CAD中所有的模块数据，按此该图层名称和块名称分组/分类，并将相关数据缓存进文档。

处理时，按拾取图形生成分组，按组获取缓存文档中的数据集，解析每个图块所包含的线段和闭合轮廓，生成线段集。根据线段集组合计算可以生成的最大闭合外轮廓多边形。

以上是关于方法实施例的介绍，以下通过***实施例，对本发明方案进行进一步说明。

本实施例还提供一种基于CAD图层的柱状结构三维建模***，包括：

结构图形获取模块，用于接收CAD图层信息，并根据CAD图层信息获取结构图形和对应的结构参数信息，并对各结构图形进行分组；

柱状结构生成模块，用于根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型。

可选的，柱状结构生成模块具体为：

最大闭合外轮廓多边形生成子模块，用于在结构图形中搜索线段的交点，若交点位于多个线段的端点之间，则在交点处打断线段；在结构图形中搜索只连接了一条线段的端点，去除端点连接的线段；在结构图形中选取最外侧的一个线段作为第一起始线段，从第一起始线段出发，依次选取沿第一时针方向与第一起始线段夹角最大/最小的线段，将线段作为第二起始线段，直至第二起始线段端点与第一起始线段端点重合，得到最大闭合外轮廓多边形；

起始线段的选取过程为：

将结构图形的侧边端点作为起始点，若结构图形的侧边存在多个端点，则从中选取一个端点作为起始点；确定起始点连接的线段，计算线段与预设的第一方向夹角，基于起始点的位置以及预设的第一方向选取夹角最小/最大的线段作为起始线段；

三维模型构建子模块，用于以最大闭合外轮廓多边形为底面，按照垂直于最大闭合外轮廓多边形所在平面的方向，根据高度信息生成围绕底面外轮廓的侧面和顶面，从而构成三维模型。

可选的，柱状结构生成模块还可以具体包括：

排桩生成模块，用于对图块组中的各个图块进行图形识别，获取各个图块的几何中心点，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩。

需要说明的是，本申请的装置具体内容和有益效果可参见上述方法实施例，在此不再赘述。

本实施例还提供一种机器可读存储介质，机器可读存储介质上储存有计算机程序，计算机程序被处理器执行如上的基于CAD图层的柱状结构三维建模方法。

在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体***、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

选择CAD显示图层，并根据所述图层获取结构图形名称和对应的结构参数信息，对各结构图形进行分组；

根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，其特征在于，根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型，具体为：

根据每组中的结构图形的结构参数信息生成对应的最大闭合外轮廓多边形，作为柱状结构的轮廓线；根据所述柱状结构的轮廓线和所述结构图形对应的高度信息，生成相应柱状结构的三维模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，其特征在于，所述根据每组中的结构图形的结构参数信息生成对应的最大闭合外轮廓多边形包括：

在所述结构图形中搜索线段的交点，若所述交点位于多个线段的端点之间，则在所述交点处打断所述线段；

在所述结构图形中搜索只连接了一条线段的端点，去除所述端点连接的线段；

在所述结构图形中选取最外侧的一个线段作为第一起始线段，从第一起始线段出发，依次选取沿第一时针方向与所述第一起始线段夹角最大/最小的线段，将所述线段作为第二起始线段，直至所述第二起始线段端点与所述第一起始线段端点重合，得到所述最大闭合外轮廓多边形。

4.根据权利要求3所述的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，其特征在于，所述起始线段的选取过程为：

将所述结构图形的侧边端点作为起始点，若结构图形的所述侧边存在多个端点，则从中选取一个端点作为起始点；

确定所述起始点连接的线段，计算所述线段与预设的第一方向夹角，基于所述起始点的位置以及所述预设的第一方向选取夹角最小/最大的线段作为起始线段。

5.根据权利要求2所述的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，其特征在于，以所述最大闭合外轮廓多边形为底面，按照垂直于所述最大闭合外轮廓多边形所在平面的方向，根据所述高度信息生成围绕所述底面外轮廓的侧面和顶面，从而构成三维模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模方法，其特征在于，根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型，具体为：

对图块组中的各个图块进行图形识别，获取各个图块的几何中心点，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩。

7.一种基于CAD图层的柱状结构三维建模***，其特征在于，包括：

结构图形获取模块，用于选择CAD显示图层，并根据所述图层获取结构图形名称和对应的结构参数信息，对各结构图形进行分组；

柱状结构生成模块，用于根据每组中的结构图形进行图形特征识别，结合所述结构参数信息，生成相应柱状结构的三维模型。

8.根据权利要求7所述的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模***，其特征在于，所述柱状结构生成模块具体包括：

最大闭合外轮廓多边形生成子模块，用于在所述结构图形中搜索线段的交点，若所述交点位于多个线段的端点之间，则在所述交点处打断所述线段；在所述结构图形中搜索只连接了一条线段的端点，去除所述端点连接的线段；在所述结构图形中选取最外侧的一个线段作为第一起始线段，从第一起始线段出发，依次选取沿第一时针方向与所述第一起始线段夹角最大/最小的线段，将所述线段作为第二起始线段，直至所述第二起始线段端点与所述第一起始线段端点重合，得到所述最大闭合外轮廓多边形；

所述起始线段的选取过程为：

将所述结构图形的侧边端点作为起始点，若结构图形的所述侧边存在多个端点，则从中选取一个端点作为起始点；确定所述起始点连接的线段，计算所述线段与预设的第一方向夹角，基于所述起始点的位置以及所述预设的第一方向选取夹角最小/最大的线段作为起始线段；

三维模型构建子模块，用于以所述最大闭合外轮廓多边形为底面，按照垂直于所述最大闭合外轮廓多边形所在平面的方向，根据所述高度信息生成围绕所述底面外轮廓的侧面和顶面，从而构成三维模型。

9.根据权利要求7所述的一种基于CAD图层的柱状结构三维建模***，其特征在于，所述柱状结构生成模块具体包括：

排桩生成模块，用于对图块组中的各个图块进行图形识别，获取各个图块的几何中心点，在各个几何中心点处按照预设的排桩信息生成排桩。

10.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如权利要求1～6中任一项所述的方法。

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