進階搜尋


   電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
(※如查詢不到或館藏狀況顯示「閉架不公開」,表示該本論文不在書庫,無法取用。)
系統識別號 U0026-2908201703481000
論文名稱(中文) 空載光達點雲與塊狀式迭代偵測技術應用於三維建物模型重建
論文名稱(英文) 3D Building Modeling from Airborne LiDAR Data using Block-based Iterative Detection
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 測量及空間資訊學系
系所名稱(英) Department of Geomatics
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生(中文) 鄧崴元
研究生(英文) Wei-Yuan Deng
電子信箱 ga52898535@gmail.com
學號 P66041033
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授-林昭宏
口試委員-饒見有
口試委員-張智安
中文關鍵字 空載光達點雲  點雲分類  模型精細化  構造實體幾何  房屋模型重建 
英文關鍵字 Airborne LiDAR point cloud  Point cloud segmentation  Model refinement  Constructive Solid Geometry  Building model reconstruction 
學科別分類
中文摘要 隨著量測技術的蓬勃發展,空載光達已廣泛地使用於大範圍高精度的點位資料獲取,相關的三維城市模型重建技術也是其重要的一環;近年來虛擬實境技術的興起,如何進行三維城市模型的重建,也成為熱門的議題。由於空載光達點雲存在的誤差與遮蔽造成的資料不完整,資料的處理與重建是一個重要的挑戰。直接以點雲資料重建模型會因部分雜訊或缺失的表面點資訊而導致重建失敗;若以面或球狀特徵等預定義形狀結構先行與點雲匹配再進行重建則不夠具有彈性。本研究以塊狀結構為基礎來偵測點雲輪廓,並搭配構造實體幾何(Constructive Solid Geometry)技術將塊狀群集組合出複雜的建物模型。
本研究包含兩大部分:資料前處理與模型重建。由於點雲缺乏組織性與連結性,故在前處理部分,以k-d樹與主成分分析推得點雲的鄰近關係與法向量,以側面點的法向量計算出點雲的主方向,並以三維區域成長法進行屋頂面點雲分類;在模型重建部分,將已分類之點雲轉換至二維網格並迭代偵測出邊界與內部矩形,同時將偵測出的矩形以牆面點為基準擬合最適邊界;最後再將各矩形得到的立方體進行布林運算,得到最終模型。實驗結果可得,與相關重建方式相比,本研究提出之建模方法可用塊狀結構保持建物幾何的完整性,同時使點雲與模型的誤差降至最小,無論是視覺上或精度上接有良好的提升。
英文摘要 SUMMARY
Until now, many approaches on 3D building modeling have been proposed. Generally, these methods are distinguished into two categories: data-driven approach and model-driven approach. The former one is based on the geometric information of the input data while the latter one is generally depended on the combination of pre-defined parametric primitives. Both of these two methods have disadvantages in modeling precision and flexibility. To achieve an appropriate balance between reconstruction precision and visualization aspects, this study proposes a novel method that utilizes block structures and Boolean operation to reconstruct building model. By using the proposed method, the reconstructed model maintains high complexity, flexibility and better precision.

Keywords: Airborne LiDAR point cloud, Point cloud segmentation, Model refinement, Constructive Solid Geometry, Building model reconstruction

論文目次 摘要 I
英文摘要 II
誌謝 VI
目錄 VIII
表目錄 XI
圖目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 空載光達介紹及與密匹配點雲比較 1
1.3 視覺合理性 4
1.4 研究動機、目的與貢獻 6
1.5 論文架構 8
第二章 相關研究 9
2.1 資料導向建模 9
2.2 模型導向建模 10
2.3 混合導向建模 11
第三章 研究方法 14
3.1 前言假設 14
3.2 系統架構 14
3.3 資料前處理 16
3.3.1 點雲相鄰性 16
3.3.2 點雲法向量 17
3.3.3 建物主方向偵測 21
3.4 點雲分類 24
3.4.1 特徵分析與分類指標 27
3.4.2 分類前處理 28
3.4.3 三維區域成長法 29
3.4.4 分類後處理 30
3.5 模型建模 33
3.5.1 矩形偵測 38
3.5.2 邊界精細化 42
3.5.3 屋頂面處理 46
3.5.4 整體建模 47
第四章 實驗結果與分析 52
4.1 實驗資料與區域 53
4.2 建物主方向偵測驗證 54
4.3 建物重建成果驗證 60
4.3.1 化工系館重建 63
4.3.2 成大圖書館重建 65
4.3.3 工程科學系館重建 67
4.3.4 中正堂重建 69
4.3.5 大遠百重建 70
4.3.6 光二宿舍重建 72
4.4 大範圍建物重建成果展示 76
4.4.1 國立成功大學光復校區重建成果展示 76
4.4.2 國立成功大學成功校區重建成果展示 80
4.4.3 國立成功大學成杏校區重建成果展示 84
4.4.4 國立成功大學自強校區重建成果展示 86
第五章 結論、限制與未來工作 88
參考資料 91
附錄 94
參考文獻 Amenta, N. (1999) “Surface reconstruction by Voronoi filtering” Discrete and Computational Geometry, Vol. 22(4), pp. 481-504.
Biljecki, F. "The concept of level detail in 3D city models: PhD Research Proposal." GISt Report No. 62 (2013).
Chaudhuri, Jeet, Subhas C. Nandy, and Sandip Das. "Largest empty rectangle among a point set." Journal of algorithms 46.1 (2003): 54-78.
Demantké, Jérôme, et al. "Dimensionality based scale selection in 3D lidar point clouds." The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 38.Part 5 (2011): W12.
de Berg, M., van Kreveld, M., Overmars, M., Schwarzkopf, O., 2007. Computational Geometry. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, pp. 119–139.
Gehrke, Stephan, et al. "Semi-global matching: An alternative to LIDAR for DSM generation." Proceedings of the 2010 Canadian Geomatics Conference and Symposium of Commission I. Vol. 2. 2010.
Habib, Ayman F., Ruifang Zhai, and Changjae Kim. "Generation of complex polyhedral building models by integrating stereo-aerial imagery and lidar data." Photogrammetric engineering & remote sensing 76.5 (2010): 609-623.
Haala, Norbert, and Martin Kada. "An update on automatic 3D building reconstruction." ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 65.6 (2010): 570-580..
Haithcoat, Timothy L., Wenbo Song, and James D. Hipple. "Building footprint extraction and 3-D reconstruction from LIDAR data." Remote Sensing and Data Fusion over Urban Areas, IEEE/ISPRS Joint Workshop 2001. IEEE, 2001.
Hirschmuller, Heiko. "Stereo vision in structured environments by consistent semi-global matching." Computer Vision and Pattern Recognition, 2006 IEEE Computer Society Conference on. Vol. 2. IEEE, 2006.
Jarząbek-Rychard, M., and A. Borkowski. "3D building reconstruction from ALS data using unambiguous decomposition into elementary structures." ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 118 (2016): 1-12.
König, Sören, and Stefan Gumhold. "Consistent Propagation of Normal Orientations in Point Clouds." VMV. 2009.
Kuo, Chuan-Chu, and Hong-Tzong Yau. "A Delaunay-based region-growing approach to surface reconstruction from unorganized points." Computer-Aided Design 37.8 (2005): 825-835
Lafarge, Florent, et al. "Automatic building extraction from DEMs using an object approach and application to the 3D-city modeling." ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 63.3 (2008): 365-381.
Li, Yangyan, et al. "Globfit: Consistently fitting primitives by discovering global relations." ACM Transactions on Graphics (TOG). Vol. 30. No. 4. ACM, 2011.
Nguyen, Anh, and Bac Le. "3D point cloud segmentation: A survey." Robotics, Automation and Mechatronics (RAM), 2013 6th IEEE Conference on. IEEE, 2013.
Ortner, Mathias, Xavier Descombes, and Josiane Zerubia. "Building outline extraction from digital elevation models using marked point processes." International Journal of Computer Vision 72.2 (2007): 107-132.
Pauly, Mark, Markus Gross, and Leif P. Kobbelt. "Efficient simplification of point-sampled surfaces." Proceedings of the conference on Visualization'02. IEEE Computer Society, 2002.
Sohn, Gunho, Xianfeng Huang, and Vincent Tao. "Using a binary space partitioning tree for reconstructing polyhedral building models from airborne lidar data." Photogrammetric Engineering & Remote Sensing 74.11 (2008): 1425-1438.
Xiong, Biao, S. Oude Elberink, and G. Vosselman. "A graph edit dictionary for correcting errors in roof topology graphs reconstructed from point clouds." ISPRS Journal of photogrammetry and remote sensing 93 (2014): 227-242.
Zhu, Lingli, et al. "Automated 3D scene reconstruction from open geospatial data sources: Airborne laser scanning and a 2D topographic database." Remote Sensing 7.6 (2015): 6710-6740.
陳俊元 2008 “智慧型基因演算法及差分坐標應用於點雲鄰近點計算” , 國立成功大學測量及空間資訊學系碩士班論文
曹恒銓 2015 “以模型樣版為基礎之建物三維點雲建模演算法”, 國立成功大學測量及空間資訊學系碩士班論文
賴泓瑞 2009 “以模型樣版為基礎之建物三維點雲建模演算法”, 國立成功大學測量及空間資訊學系碩士班論文
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2022-07-01起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2022-07-01起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw