本课题围绕基于过程数据驱动的三维城市建筑矢量化建模技术开展建模理论方法和关键技术研究。重点开展了城市建筑规则的定义及其编译器实现；基于单幅图像的建筑建模及建筑组件生成；基于双调和B样条基函数的三维网格模型及其颜色矢量化技术；基于规则的大规模三维城市场景建模技术等研究工作。 （1）研究了城市建筑的规则定义并研制了编译器。基于CGA模型文法，采用自顶向下的分裂方式，定义规则语法。同时，研制规则编译器，能够从规则生成形式多样的中国古代建筑和现代建筑模型。 （2）研究了基于单幅图像具有语义的组件生成及三维模型构造。提出了计算条纹方向并基于条纹重复性自动分割条纹的方法，从而自动分割屋顶屋瓦及楼层。针对中国古代建筑，基于对称性计算三维尺寸恢复三维模型。针对现代建筑，从建筑物竖直方向与水平面的垂直关系特征计算三维尺寸，从单幅图像中恢复建筑立面三维曲面。生成建筑组件库及规则，从而生成三维建筑模型。 （3）研究了基于双调和 B 样条函数的三维网格模型及其顶点数据矢量化方法。发现了双调和B样条基函数与格林函数之间的等价关系；提出了基于稀疏表示提取样条最优节点的方法；建立三维几何数据和属性数据的样条表示方式。 （4）研究了基于规则的场景建模和交互的城市建模工具。将单个建筑规则整合生成建筑场景，可以在城市虚拟环境中仿真与应用。 在本项目资助下，本课题发表论文11篇（其中SCI检索6篇，EI检索10篇），授权专利5项，申请专利3项。论文发表在IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Computer Graphics Forum, The Visual Computer, Pacific Graphics等著名国际期刊会议上，包括CCF推荐A类期刊1篇，B类期刊2篇，C类期刊2篇，B类会议1篇，C类会议1篇。 2100433B

大规模三维城市快速建模在智慧城市、城市规划、城市保护、影视娱乐等方面有着广泛的应用。传统的手工建模、基于图像建模以及基于三维扫描数据的建模方法，缺少建筑语义信息,无法表示建筑结构，不能满足大规模三维城市快速建模的需求。过程建模是一种基于规则的快速建模方法。现有规则难以生成一些复杂形态变化的现代建筑；而且缺少模型语义，无法模拟城市建筑功能；用户需要设计复杂的规则。矢量化方法把无组织的数据表示为连续的数学形式，赋予结构和功能。本项目研究数据驱动的从建筑图像、三维点云等数据中自动提取建筑规则，并生成矢量化的语义建筑组件，赋予建筑及城市行为功能，快速构建各种建筑模型及大规模城市场景的方法。具体研究内容：建筑矢量和功能模型的规则定义及模型生成；基于单幅图像的矢量建筑组件生成和建筑规则提取；基于点云与图像结合数据的精细矢量化组件和规则生成；基于规则的大规模三维城市功能建模。

若要将三维地质建模技术直接应用到油藏开发生产，必须也能够与油藏地质研究相结合。

下面是一个华北油田的例子。我认为是一个将三维地质建模直接应用于生产研究的很好的例子。

由于渤海湾盆地沉积、构造的复杂性，在许多区块地层对比是一个很大的难题，尤其是断点的对比，出现50m左右的误差是很平常的事。但断点对比的不准确，会直接影响到断层两侧油藏关系的认识，并进而影响到生产措施的实施。在利用最初的地层对比方案建立断层模型的时候发现，两条主要断层的断点是分散在断层模型两侧的，显然这是由于地层对比的误差所导致的。对于常规建模工作来说，我们完全可以不必考虑所有的断点，只要根据多数断点建立起一个平均的断面就可以。如果出现不准确的问题，哪是地层对比人员的事，不是我们的责任。但油田采油厂的人从生产要求的角度出发，采用了断层建模与地层对比相交互的方法。即通过Petrel的断层模型找出与断层面不吻合的断点，然后对断点进行重新对比。经过多次的反复，最终将所有的断点都收敛到了一个断面上。其结果不仅使断层模型更为准确，也帮助解决了地层对比工作中长期存在疑问。从而使建模技术很快的被油田一线生产人员所接受和喜爱。

地质建模的输入数据就要尽量包括已有的资料。通常这些资料有：

1、地震资料及其解释结果这包括地震层位，断层，地震相，岩石类型，岩石属性；

2、测井、岩心资料和解释结果这包括tops，连井剖面，岩性，岩相，岩石物性；渗透率；油气水界面；各种分布图比如直方图，散点图；空间连续性，比如垂向半变谱（semivariogram）。

3、概念模型/ analog资料包括沉积相模型；沉积体叠置关系；泥岩分布特征；沉积体的大小，百分比以及属性直方图；空间连续性- 横向半变谱（semivariogram）。

很多人并不重视这最后一类资料，即概念模型/ analog资料。也就是说他们忽略了要把储层的概念模型转换成数值模型，再把这个数值模型整合到最后的地质模型中去。关于这一点，以后会详细讨论。

已建成的地质模型可以为我们提供很多信息。首先是储层地质的三维可视化。我们可以看到储层的地质三维空间分布，变化，也可以制作二维的图片比如构造图，等厚图，岩相分布图等。其次是它为我们提供了一套有机融合在一起的数据体，因为建模过程就是各种数据的融合过程。第三，它是我们进行储层分析的平台。从地质模型我们通过分析可以得到粗至储层的平均砂泥比，平均孔隙度等储层平均值，也可以得到细至储层的kv/ kh，各项异性等信息。这些定量分析可以大大提高我们对储层的认识。

前言

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本书的研究目标与主要内容

第2章 面向对象城市建筑物参数化模型研究

2.1 城市景观实体的分类

2.2 城市建筑物参数化模型

2.3 面向对象的城市建筑物建模

2.4 本章小结

第3章 三维重建图像预处理研究

3.1 图像分割

3.2 尺度空间方法

3.3 基于分水岭变换和区域融合的彩色建筑物图像分割算法

3.4 基于图像分析的彩色图像分割算法

3.5 形态筛图像处理

3.6 本章小结

第4章 城市建筑物模型的自动分类算法研究

4.1 城市建筑物世界场景约束

4.2 城市建筑物类型判断策略

4.3 建筑物角点检测

4.4 建筑物模型的判断

4.5 实验

4.6 本章小结

第5章 基于单幅图像的平顶建筑物三维自动重建算法

5.1 建筑物轮廓提取技术

5.2 建筑物三维重建技术

5.3 投影几何与预处理

5.4 概率统计模型

5.5 轮廓提取策略

5.6 平顶建筑物场景参数估计

5.7 实验

5.8 本章小结

第6章 基于单幅图像的非平顶建筑物三维重建算法

6.1 单幅图像建模技术

6.2 消隐点几何原理

6.3 消隐点的计算

6.4 非平顶建筑物未知场景的参数估计

6.5 提取屋顶角点

6.6 求解相对深度

6.7 其余参数估计

6.8 实验

6.9 本章小结

第7章 城市建筑物三维建模应用实例

7.1 系统框架结构

7.2 图像纹理纠正算法

7.3 城市建筑物建模应用实现

7.4 本章小结

附录1 矩阵运算

附1.1 SVD分解

附1.2 Cholesky分解

附录2 直接线性变换（DLT）算法

附2.1 DLT变换

附2.2 归一化DLT变换

附录3 专著中的英文缩写

参考文献 后记2100433B