基于测绘数据的中国古代建筑建模方法研究

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中国古代建筑具有悠久的历史传承和辉煌的艺术成就,是中国文化中的一块瑰宝,对中国古代建筑进行建模研究是当前虚拟现实和计算机视觉领域的一项重要热点。古代建筑建模研究的成果可广泛应用于历史遗址复原、名胜虚拟游览、城市规划以及游戏仿真等诸多领域。  当前对中国古代建筑进行建模,存在多种不同的研究方法[CKXDS08][AD05][CTD03][Wang10]。主要有基于影像的方法和基于过程建模的方法。基于影像的方法输入源包括古建序列图像、单幅图像和立面图等,采用计算机视觉技术或结合过程建模技术;而基于过程建模的方法,则通过利用古代建筑的结构特征,对其进行参数化描述来进行研究。上述研究方法都在一定方面取得了不俗的研究成果,但也存在自己的局限和不足。针对上述问题和挑战,本文在前人研究工作的基础上,提出了自己的研究方案,即基于测绘数据的中国古代建筑建模合成方法。本文的创新点可归纳如下:  一)本文提出一种基于真实测绘数据的自下而上的中国古代建筑语法规则提取方法。有别于以往过程建筑建模研究中,建模者预先自顶而下地定义和设计建筑的几何模型语法规则;本文基于真实测绘数据,利用中国古代建筑中特有的模式重复和形式对称特点,对中国古代建筑分结构进行标注。然后从标注数据中分析中国古代建筑的结构规律,将其提炼为形式化的语法规则并存储。由于语法规则提炼自真实测绘数据,建模结果能有效克服过程建模技术欠缺真实感的不足。  二)本文进一步研究归纳了中国古代建筑各结构和结构之间的一致性约束关系。一致性约束包括古建筑各结构自身的属性和结构间的匹配关系,在这种约束关系下,重用组合上部分研究工作中有关古建筑各结构的语法规则,从而合成具有新属性和新结构的中国古代建筑模型。这部分研究当前只包含归纳了古建筑若干简明属性和相互关系,在未来研究中可进一步加入更复杂的属性和相互匹配关系以完善一致性约束关系的框架。  三)在上述两部分工作的基础上,本文实现了一个基于真实测绘数据的中国古代建筑建模合成系统。系统甄选部分具有典型结构的中国古代建筑,按结构基于测绘数据进行了标注,其后自下而上的提炼出其语法规则并存储,从而构建了一个小型中国古代建筑的语法规则库;在此基础上的建模及合成实验结果表明,我们的方法能够较好对中国古代建筑进行建模和合成。  
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