地球信息科学学报 ›› 2022, Vol. 24 ›› Issue (2): 326-338.doi: 10.12082/dqxxkx.2022.210136
收稿日期:
2021-03-16
修回日期:
2021-04-08
出版日期:
2022-02-25
发布日期:
2022-04-25
通讯作者:
*谈国新(1965— ),男,江苏溧阳人,博导,教授,主要从事文化科技融合研究。E-mail: gxtan@ccnu.edu.cn作者简介:
张文元(1983— ),男,湖北武汉人,博士,副教授,研究方向为文化遗产数字化与三维GIS。E-mail: zhangwy@ccnu.edu.cn
基金资助:
ZHANG Wenyuan(), LIU Runhua, WAN Junbi, TAN Guoxin*(
)
Received:
2021-03-16
Revised:
2021-04-08
Online:
2022-02-25
Published:
2022-04-25
Contact:
TAN Guoxin
Supported by:
摘要:
针对现有的大量古建筑三维模型缺乏语义信息,不利于精细化和智能化管理等问题,对城市地理标记语言(City Geography Markup Language, CityGML)定义的建筑物模型进行了语义扩展,提出了一种从古建筑几何模型自动识别语义对象并转化为CityGML扩展模型的方法。首先,总结我国明清古建筑构件的共有特征,并使用CityGML的应用领域扩展机制增加斗拱、梁、柱、台基等古建筑通用对象的几何和语义表达。其次,利用古建筑Mesh模型各面片的法向量、坐标范围等特征和自定义规则提出了一套古建筑屋顶、墙面、立柱、门窗等语义对象自动识别方法。最后,依据CityGML扩展模型设计规范,从识别对象自动构建出几何语义一体化表达的古建筑三维模型。采用2个不同风格的古建筑模型进行语义对象提取和CityGML模型生成实验,使用本文提出的Mesh模型到CityGML LoD3扩展语义模型转换方法能够自动提取屋顶、墙面、台基等9类语义对象,每个Mesh模型能转换并生成400多个包含语义信息的平面多边形,95%以上的面片能正确识别。结果表明本文设计的CityGML扩展模型能够有效支持古建筑模型典型构件的显式语义表达,并且识别规则和转换方法能够支持Mesh模型大多数平面对象的提取,有利于CityGML模型的自动化生成和精细化管理。
张文元, 刘润桦, 万君璧, 谈国新. 基于CityGML的明清古建筑三维语义模型扩展及转换研究[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(2): 326-338.DOI:10.12082/dqxxkx.2022.210136
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表1
古建筑构件扩展语义实体及相关属性
语义实体 | 描述 | 几何类型 | 示例 |
---|---|---|---|
Base (台基) | 高出地面的建筑物底座,用以承托建筑物,并使其防潮、防腐 | lod2Solid lod3MultiSurface | ![]() |
Column(柱) | 垂直受力构件,包括:檐柱、金柱、中柱、山柱、童柱、角柱、雷公柱、瓜柱、廊柱 | lod3MultiSurface lod4MultiSurface | ![]() |
Beam (梁) | 建筑中的水平受力构件,常支承于二柱顶端或其他梁枋上,以形成屋脊 | lod4MultiSurface | ![]() |
Bracket (斗拱) | 中国古代建筑特有构件,方形木块叫斗,弓形短木叫拱,斜置长木叫昂,总称斗拱 | lod3Geometry lod4Geometry | ![]() |
Railing (栏杆) | 用木料、石、砖、琉璃等不同材料所制成的栏杆等,主要由望柱、寻杖和栏板组成 | lod3Geometry lod3MultiSurface | ![]() |
Stair (楼梯) | 用于楼层与楼层或不同高度空间交通连接的垂直构件,多在大门前和室内 | lod3MultiSurface lod4MultiSurface | ![]() |
Ornament (装饰) | 包括屋顶装饰、门窗装饰、台基装饰、天花板装饰和木柱装饰等几类。在手法上分为雕刻、彩画、匾牌、楹联等 | lod3MultiSurface lod4MultiSurface | ![]() |
表3
古建筑Mesh模型转换为CityGML模型结果统计
模型名称 | 顶点数 | 合并前面片数 | 合并后面片数 | 合并前语义对象(数量) | 合并后语义对象(数量) |
---|---|---|---|---|---|
大成殿 | 2114 | 1315 | 491 | 门(2)、墙面(7)、屋顶(976)、楼梯(54)、柱(111)、装饰(51)、围栏(51)、台基(63) | 门(2)、墙面(6)、屋顶(314)、楼梯(26)、柱(56)、装饰(19)、围栏(38)、台基(30) |
杏坛 | 1876 | 1478 | 419 | 墙面(14)、屋顶(1256)、楼梯(20)、柱(72)、装饰(60)、围栏(8)、台基(40)、地面(8) | 墙面(14)、屋顶(293)、楼梯(16)、柱(36)、装饰(20)、围栏(8)、台基(28)、地面(4) |
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