本發(fā)明涉及建筑信息建模(bim)，尤其涉及高空幕墻的三維建模方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高空幕墻作為現(xiàn)代高層建筑的外墻，不僅在美觀上起到重要作用，更是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分。高空幕墻的三維建模在建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、維護(hù)管理等多個(gè)方面具有重要意義。通過(guò)精確的三維建模，設(shè)計(jì)師可以模擬幕墻的光影效果、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以及在不同氣候條件下的熱力學(xué)行為。此外，三維模型在建筑的施工、清洗和維護(hù)中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題并制定有效的解決方案。

2、目前，高空幕墻的三維建模方法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)號(hào)：cn117893681a，名稱(chēng)：高空幕墻的三維建模及圖像傳輸方法)主要依賴(lài)于無(wú)人機(jī)采集圖像，并通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸至圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行建?！，F(xiàn)有技術(shù)采用了圖像采集、遠(yuǎn)程傳輸、輪廓建模、局部特征掃描、三維線框模型生成等手段。這種方法雖然能夠自動(dòng)化生成三維模型，但存在以下主要缺陷：

3、由于圖像采集設(shè)備的分辨率和角度限制，模型的幾何精度容易受到影響，尤其是在復(fù)雜的曲面和連接點(diǎn)區(qū)域，誤差較大；

4、現(xiàn)有技術(shù)對(duì)材質(zhì)的處理主要集中在紋理渲染上，對(duì)于材質(zhì)的光學(xué)特性、反射和折射等細(xì)節(jié)缺乏精細(xì)處理，導(dǎo)致最終模型在視覺(jué)表現(xiàn)上不夠真實(shí)；

5、現(xiàn)有技術(shù)幾乎沒(méi)有考慮幕墻的熱特征，這使得模型無(wú)法模擬幕墻在不同溫度條件下的行為，限制了模型在能耗分析和熱力學(xué)模擬中的應(yīng)用；

6、現(xiàn)有的三維建模流程多為線性處理，各步驟之間缺乏協(xié)同優(yōu)化，導(dǎo)致最終模型在幾何、材質(zhì)和熱特征之間存在不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多問(wèn)題，本發(fā)明提供高空幕墻的三維建模方法及系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)無(wú)人機(jī)采集多模態(tài)數(shù)據(jù)(包括幾何、材質(zhì)和熱成像數(shù)據(jù))，并利用多模態(tài)特征融合算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合和優(yōu)化。通過(guò)動(dòng)態(tài)反饋和遞歸優(yōu)化機(jī)制，生成高精度的三維模型，該模型不僅在幾何形態(tài)上準(zhǔn)確，還能真實(shí)再現(xiàn)幕墻的材質(zhì)特征和熱響應(yīng)，適用于建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析和能耗評(píng)估等應(yīng)用場(chǎng)景。

2、一種高空幕墻的三維建模方法，包括以下步驟：

3、通過(guò)無(wú)人機(jī)分別采集高空幕墻的多光譜數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)光掃描數(shù)據(jù)和熱成像數(shù)據(jù)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上進(jìn)行同步處理，并通過(guò)初步融合生成預(yù)處理融合數(shù)據(jù)；

4、對(duì)所述預(yù)處理融合數(shù)據(jù)進(jìn)行多維交叉解析，依次提取幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和熱特征數(shù)據(jù)，并通過(guò)層次化的特征融合與動(dòng)態(tài)反饋優(yōu)化生成融合特征數(shù)據(jù)；

5、基于所述融合特征數(shù)據(jù)，通過(guò)多模態(tài)特征融合算法進(jìn)行三維建模，將所述幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、所述材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和所述熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，同時(shí)利用實(shí)時(shí)反饋和遞歸優(yōu)化機(jī)制生成優(yōu)化模型數(shù)據(jù)；

6、對(duì)所述優(yōu)化模型數(shù)據(jù)進(jìn)行全局幾何校正、局部幾何精細(xì)化校正、材質(zhì)特征優(yōu)化和熱特征校正，通過(guò)多維協(xié)同優(yōu)化生成最終校正優(yōu)化模型數(shù)據(jù)；

7、基于所述最終校正優(yōu)化模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)渲染、材質(zhì)特征渲染和熱特征渲染，并通過(guò)多通道融合算法生成最終三維模型數(shù)據(jù)。

8、優(yōu)選的，所述多維交叉解析包括以下步驟：

9、對(duì)預(yù)處理融合數(shù)據(jù)中的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步解析，生成初步幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并結(jié)合材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和熱特征數(shù)據(jù)，通過(guò)多維交叉分析優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的邊界精度，生成幾何特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用幾何特征點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)初步幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，生成優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

10、優(yōu)選的，所述材質(zhì)特征數(shù)據(jù)的提取包括以下步驟：

11、對(duì)預(yù)處理融合數(shù)據(jù)中的材質(zhì)信息進(jìn)行光反射分析、折射分析和表面紋理分析，生成材質(zhì)光學(xué)特征數(shù)據(jù)，并將材質(zhì)光學(xué)特征數(shù)據(jù)與優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合計(jì)算，進(jìn)一步優(yōu)化材質(zhì)特征數(shù)據(jù)，生成優(yōu)化后的材質(zhì)特征數(shù)據(jù)。

12、優(yōu)選的，所述熱特征數(shù)據(jù)的提取包括以下步驟：

13、對(duì)預(yù)處理融合數(shù)據(jù)中的熱成像信息進(jìn)行熱梯度分析，結(jié)合優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和優(yōu)化后的材質(zhì)光學(xué)特征數(shù)據(jù)，通過(guò)熱特征建模算法生成熱特征模型數(shù)據(jù)，并利用動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制對(duì)熱特征模型數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正和優(yōu)化，生成優(yōu)化后的熱特征數(shù)據(jù)。

14、優(yōu)選的，所述多模態(tài)特征融合算法包括以下步驟：

15、對(duì)優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、優(yōu)化后的材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和優(yōu)化后的熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合，其中：

16、權(quán)重系數(shù)w1用于表示幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的重要性；權(quán)重系數(shù)w2用于表示材質(zhì)特征數(shù)據(jù)的重要性；權(quán)重系數(shù)w3用于表示熱特征數(shù)據(jù)的重要性；

17、通過(guò)遞歸優(yōu)化機(jī)制動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重系數(shù)，生成優(yōu)化模型數(shù)據(jù)。

18、優(yōu)選的，所述加權(quán)融合計(jì)算的具體表達(dá)式為：

19、mfinal＝w1×g+w2×m+w3×t

20、其中，mfinal表示優(yōu)化模型數(shù)據(jù)；g表示優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；m表示優(yōu)化后的材質(zhì)特征數(shù)據(jù)；t表示優(yōu)化后的熱特征數(shù)據(jù)；w1、w2和w3分別表示幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和熱特征數(shù)據(jù)的權(quán)重系數(shù)。

21、優(yōu)選的，所述全局幾何校正包括以下步驟：

22、基于優(yōu)化模型數(shù)據(jù)，對(duì)三維模型的宏觀幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行全局優(yōu)化，利用全局優(yōu)化算法檢測(cè)并消除宏觀幾何誤差，通過(guò)調(diào)整模型整體形態(tài)的空間位置、尺度和角度生成全局校正幾何模型數(shù)據(jù)。

23、優(yōu)選的，所述局部幾何精細(xì)化校正包括以下步驟：

24、對(duì)全局校正幾何模型數(shù)據(jù)中的細(xì)節(jié)區(qū)域進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，通過(guò)細(xì)節(jié)增強(qiáng)算法修正局部幾何誤差，并利用微觀調(diào)整算法對(duì)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化處理，生成最終幾何校正模型數(shù)據(jù)。

25、優(yōu)選的，所述多通道融合算法包括以下步驟：

26、分別對(duì)最終幾何校正模型數(shù)據(jù)、優(yōu)化后的材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和優(yōu)化后的熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立渲染，通過(guò)幾何通道渲染幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)材質(zhì)通道渲染材質(zhì)特征，通過(guò)熱特征通道渲染熱效應(yīng)，并將各通道的渲染結(jié)果進(jìn)行多通道融合處理，生成最終三維模型數(shù)據(jù)。

27、一種用于實(shí)施所述高空幕墻的三維建模方法的系統(tǒng)，包括：

28、數(shù)據(jù)采集模塊，用于通過(guò)無(wú)人機(jī)分別采集高空幕墻的多光譜數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)光掃描數(shù)據(jù)和熱成像數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上進(jìn)行同步處理，生成預(yù)處理融合數(shù)據(jù)；

29、數(shù)據(jù)解析與特征提取模塊，用于對(duì)預(yù)處理融合數(shù)據(jù)進(jìn)行多維交叉解析，依次提取幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和熱特征數(shù)據(jù)，并通過(guò)層次化的特征融合與動(dòng)態(tài)反饋優(yōu)化生成融合特征數(shù)據(jù)；

30、三維建模與特征融合模塊，用于基于融合特征數(shù)據(jù)，通過(guò)多模態(tài)特征融合算法進(jìn)行三維建模，將幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、材質(zhì)特征數(shù)據(jù)和熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，并利用實(shí)時(shí)反饋和遞歸優(yōu)化機(jī)制生成優(yōu)化模型數(shù)據(jù)；

31、校正與優(yōu)化模塊，用于對(duì)優(yōu)化模型數(shù)據(jù)進(jìn)行全局幾何校正、局部幾何精細(xì)化校正、材質(zhì)特征優(yōu)化和熱特征校正，通過(guò)多維協(xié)同優(yōu)化生成最終校正優(yōu)化模型數(shù)據(jù)；

32、渲染與輸出模塊，用于基于最終校正優(yōu)化模型數(shù)據(jù)，進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)渲染、材質(zhì)特征渲染和熱特征渲染，并通過(guò)多通道融合算法生成最終三維模型數(shù)據(jù)。

33、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于：

34、本發(fā)明通過(guò)多模態(tài)特征融合算法，實(shí)現(xiàn)了幾何結(jié)構(gòu)、材質(zhì)特征和熱特征的深度融合，生成了更為精確和真實(shí)的三維模型；

35、本發(fā)明通過(guò)動(dòng)態(tài)反饋和遞歸優(yōu)化機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了模型的實(shí)時(shí)校正和優(yōu)化，確保了模型在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的準(zhǔn)確性；

36、本發(fā)明通過(guò)多維協(xié)同優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了幾何、材質(zhì)和熱特征的全面協(xié)調(diào)優(yōu)化，使得模型在各個(gè)維度上都達(dá)到了最優(yōu)效果。