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

• Autorzy: Jarząbek-Rychard M.

Warianty tytułu

EN

Automatic reconstruction of 3d building skeleton models based on airborne laser scanning data

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

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.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie budynków 3D; LIDAR; ALS; chmura punktów; topologia dachów

EN

3D buildings modeling; lidar; ALS; point cloud; roof topology

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 24
• Strony: 99--109
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Jarząbek-Rychard M.

• Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, tel.: [phone]

Bibliografia

• Brenner, C., 2005. Building reconstruction from images and laser scanning. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 6 (3–4), pp. 187–198.
• Brenner, C., Haala, N., 1998. Rapid acquisition of virtual reality city models from multiple data sources. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 32 (Part 5), pp. 323–330.
• Bujakiewicz, A., Preuss R., 2009. Ocena możliwości automatycznej rekonstrukcji 3D modeli budynków z danych fotogrametrycznych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji,Vol. 19
• Dorniger P., Pfeifer N., 2008. A comprehensive automated 3D approach for building extraction, reconstruction and regularization from air borne laser scanning point cloud. Sensors, vol. 8, pp. 7323-7343.
• Jarząbek-Rychard M., 2012. Reconstruction of buidling outlines in dense urban areas based on LiDAR data and address points. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences ,vol. XXXIX-B3), pp. 121–126.
• Jarząbek-Rychard M., Borkowski A., 2011. Building outline reconstruction from ALS data set with a priori information. Archives of Photogrammetry, Cartography and Remote Sensing, Vol. 22, 2011, pp. 227-236.
• Jarząbek-Rychard M., Borkowski A., 2010. Porównanie algorytmów RANSAC oraz rosnących płaszczyzn w procesie sementacji danych lotniczego skaningu laserowego. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 21, 2010, s. 119–129.
• Milde, J., Brenner, C., 2009. Graph-based modeling of building roofs. In: Proceedings of the 12th AGILE Conference on GIScience, Hannover, Germany (on CD-ROM).
• Milde, J., Zhang, Y., Brenner, C., Plümer, L., Sester, M., 2008. Building reconstruction using a structural description based on a formal grammar. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 37 (Part B3b), 227–232.
• Kada, M., 2009. The 3D Berlin project. Fritsch, D. (Ed.), Photogrammetric Week 2009. Wichmann Verlag, Heidelberg, pp. 331–340.
• Kim, K., Shan, J., 2011. Building roof modeling from airborne laser scanning data based on level set approach. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 66, pp.484-497.
• Novacheva, A., 2008. Building roof reconstruction from LiDAR data and aerial images through plane extraction and colour edge detection. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 37,Part B6, pp. 53–57.
• Open Geospatial Consortium, 2008. OpenGIS® City Geography Markup Language (CityGML) Encoding Standard.
• Oude Elberink, S., Vosselman, G., 2009. Building reconstruction by target based graph matching on incomplete laser data: analysis and limitations. Sensors 9, pp. 6101–6118.
• Pavlidis, T., 1982. Algorithms for Graphics and Image Processing, Computer Science Press, Rockville, Maryland
• Sampath, A., Shan, J., 2010. Segmentation and reconstruction of polyhedral building roofs from aerial LiDAR point clouds. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 48 (3),pp. 1554 -1567.