Automatyczna budowa wektorowych modeli 3d budynków na podstawie danych lotniczego skaningu laserowego

W artykule opisana jest w pełni automatyczna metoda budowy trójwymiarowych modeli budynków przedstawionych za pomocą linii szkieletowych. Budynki rekonstruowane są na podstawie chmury punktów, bez potrzeby wsparcia w postaci dodatkowych informacji i zbiorów danych. Warunek ten dodatkowo komplikuje zadanie rekonstrukcji, lecz jednocześnie czyni przedstawiony algorytm dużo bardziej uniwersalnym. Topologiczny model budynku tworzony jest na podstawie punktów charakterystycznych, wyznaczających miejsca przecięć sąsiednich połaci dachowych, bądź linii rzutów ścian. Punkty charakterystyczne zlokalizowane na zewnętrznych krawędziach budynków wyznaczane są za pomocą autorskiego algorytmu wykrywającego kontury. W kolejnym etapie rekonstrukcji określone są relacje topologiczne między punktami, które pozwalają na wyznaczenie linii krawędziowych poszczególnych płaszczyzn budynku. Ostatecznie, przeprowadzone jest wyrównanie punktów wierzchołkowych i linii krawędziowych, co pozwala na otrzymanie zregularyzowanego modelu zabudowy. Algorytm przetestowany został z wykorzystaniem danych lotniczego skaningu laserowego przedstawiających fragment zabudowy małego miasta. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów można stwierdzić, że opisana metoda pozwala na poprawne i wydajne generowanie szkieletowych modeli budynków o skomplikowanej strukturze.

This paper presents a fully automatic method for generation of 3D building skeleton models. Objects are reconstructed from point clouds, without the need for a support, like additional information and data sets. This condition makes the reconstruction task even more complicated, however at the same time, presented algorithm becomes much more versatile. Topological model of a building is created based on characteristic points, which determine intersections of adjacent planes of the roof or walls. The characteristic points located on the outer edges of a building are extracted using author’s contour detecting algorithm. In the next stage of reconstruction topological relations between the points are defined, which allow to detect contour lines of individual planes of a building. Finally, adjustment of vertex points and edge lines is performed that enables to obtain regularized building model. The algorithm was tested against airborne laser scanning data set that shows a part of the small town. As a result of experiments it can be concluded that the described method allows the correct generation of skeletal building models with a complex structure.