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基于citygml的明清古建筑三维语义模型扩展及转换研究

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地球信息科学学报 2022年第2期24卷 326-338页

作者：张文元刘润桦万君璧谈国新华中师范大学国家文化产业研究中心武汉430079

针对现有的大量古建筑三维模型缺乏语义信息,不利于精细化和智能化管理等问题,对城市地理标记语言(City Geography Markup Language,citygml)定义的建筑物模型进行了语义扩展,提出了一种从古建筑几何模型自动识别语义对象并转化为CityGM... 详细信息

针对现有的大量古建筑三维模型缺乏语义信息,不利于精细化和智能化管理等问题,对城市地理标记语言(City Geography Markup Language,citygml)定义的建筑物模型进行了语义扩展,提出了一种从古建筑几何模型自动识别语义对象并转化为citygml扩展模型的方法。首先,总结我国明清古建筑构件的共有特征,并使用citygml的应用领域扩展机制增加斗拱、梁、柱、台基等古建筑通用对象的几何和语义表达。其次,利用古建筑Mesh模型各面片的法向量、坐标范围等特征和自定义规则提出了一套古建筑屋顶、墙面、立柱、门窗等语义对象自动识别方法。最后,依据citygml扩展模型设计规范,从识别对象自动构建出几何语义一体化表达的古建筑三维模型。采用2个不同风格的古建筑模型进行语义对象提取和citygml模型生成实验,使用本文提出的Mesh模型到citygml LoD3扩展语义模型转换方法能够自动提取屋顶、墙面、台基等9类语义对象,每个Mesh模型能转换并生成400多个包含语义信息的平面多边形,95%以上的面片能正确识别。结果表明本文设计的citygml扩展模型能够有效支持古建筑模型典型构件的显式语义表达,并且识别规则和转换方法能够支持Mesh模型大多数平面对象的提取,有利于citygml模型的自动化生成和精细化管理。

关键词：古建筑三维建模 citygml 构件应用领域扩展格网模型语义模型模型转换

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citygml goes mobile: application of large 3D citygml models on smartphones

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International Journal of Digital Earth 2019年第1期12卷 25-42页

作者： Christoph Blut Timothy Blut Jörg Blankenbach Department of Computing in Civil Engineering and Geo Information Systems Geodetic InstituteRWTH Aachen UniversityAachenGermany

citygml,a semantic information model for digital/virtual city models has become quite popular in various scenarios.While the data format is still actively under development,it is already supported by different software solutions,especially GIS-based desktop applications.Mobile systems on the other hand are still neglected,even though the georeferenced objects of citygml have many application fields,for example,in the currently popular area of location-based Augmented Reality.In this paper we present an independent multi-platform citygml viewer,its architecture and specific implementation techniques that we use to realize and optimize the process of visualizing citygml data for use in Augmented Reality.The main focus lies in improving the implementation on mobile devices,such as smartphones,and assessing its usability and performance in comparison to web-based approaches.Due to the constrained hardware resources of smartphones,it is a particular challenge to handle complex 3D objects and large virtual worlds as provided by citygml,not only in terms of memory and storage space,but also with respect to mobile processing units and display sizes.

关键词： citygml city model android 3D visualization real-time rendering

Generalization of buildings within the framework of citygml

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Geo-Spatial Information Science 2013年第4期16卷 247-255页

作者： Siddique Ullah BAIG Alias ABDUL-RAHMAN Faculty of Geoinformation Science and Real Estate Department of GeoinformaticsUniversiti Teknologi MalaysiaUTM Skudai 81310Johor BahruMalaysia

For a better visual impression,3D information systems and architecture need detailed,photo-realistic visualization of 3D data-sets.However,easy accessibility with efficient rendering becomes difficult due to the detailed data associated with 3D objects.Therefore,different applications demand different levels of detail(LoD).Currently,City Geography Markup Language(citygml),as the Open Geospatial Consortium standard,is being used to model and represent buildings in different LoDs(LoD0–LoD4),but it does not provide methods to generate different LoDs automatically.Thus,generalized(abstracted)3D scenes of buildings need to be generated to fulfill the demands of task-specific applications by reducing data volume.This paper discusses various ways to generalize building models,within the framework of citygml,reducing the level of detail from higher LoD to lower.The LoD4 data is parsed and analyzed.Various heuristics are applied to simplify the ground plan and the results are then aggregated.The minimum length of an edge for simplification is restricted to the citygml generalization specifications provided and is characterized by differing accuracies and minimal dimensions of objects for LoD1 and LoD2.This could maintain the accuracy of generalized objects and avoid the elimination or merging of important features.Second,the heights of the walls of the simplified ground plans are raised with the aim to construct simplified 3D building models.Algorithms for simplification and aggregation aiming to derive LoD2 and LoD1 are implemented and tested on a number of buildings of Putrajaya,Malaysia.The experiment results show that the minimum length of edges to be simplified is inversely proportional to the size of generalized models.

关键词： citygml 3D simplification aggregation city models

Shell Model Representation as a Substitute of LoD3 for 3D Modeling in citygml

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Geo-Spatial Information Science 2011年第2期14卷 79-84页

作者： FAN Hongchao MAO Bo SHEN Jie MENG Liqiu Department of Cartography Technical University of Munich Arcisstr. 21. D-80333 Munich Germany Geoinformatics KTH Drottning Kristinas vag 30 SE-100 44 Stockhohn Sweden Key Laboratory of Virtual Geographic Environment Ministry of Education Nanjing Normal University1 Wenyuan Road Nanjing 210046 China

The OGC standard for 3D city modeling is widely used in an increasing number of applications.It defines five consecutive Levels of Detail(LoD0 to LoD4 with increasing accuracy and structural complexity),in which LoD3 includes all exterior appearances and geometrical details and subsequently requires much storage space.A new LoD is introduced as shell model with the exterior shell of the LoD3 model and the opening objects like windows,doors as well as smaller faade objects are projected onto walls.In this paper,a user survey is presented.The results of this survey show that the shell model can give users almost the same visual impression as the LoD3 model.Furthermroe,algorithms are developed to extract the shell model from LoD3 model.Experiments show that this shell model can reduce up to 90% storage of the original LoD3 model.Therefore,on one hand it can be used as a substitute for a LoD3 model for the visualization on small displays.On the other hand,it can be treated as a sub-level of detail(SLoD3) in citygml,since it retains almost the same amount of information but requires much less storage space.

关键词：壳模型 3D 大楼 citygml 归纳用户调查

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Three-dimensional citygml building models in mobile augmented reality: a smartphone-based pose tracking system

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International Journal of Digital Earth 2021年第1期14卷 32-51页

作者： Christoph Blut Jörg Blankenbach Geodetic Institute Department of Computing in Civil Engineering and Geo-Information SystemsRWTH Aachen UniversityAachenGermany

Many augmented reality(AR)systems are developed for entertainment,but AR and particularly mobile AR potentially have more application possibilities in other fields.For example,in civil engineering or city planning,AR could be used in combination with citygml building models to enhance some typical workflows in planning,execution and operation processes.A concrete example is the geo-referenced on-site visualization of planned buildings or building parts,to simplify planning processes and optimize the communication between the participating decision-makers.One of the main challenges for the visualization lies in the pose tracking,i.***.the real-time estimation of the translation and rotation of the mobile device to align the virtual objects with reality.In this paper,we introduce a proof-of-concept fine-grained mobile AR citygml-based pose tracking system aimed at the mentioned applications.The system estimates poses by combining 3D citygml data with information derived from 2D camera images and an inertial measurement unit and is fully self-sufficient and operates without external infrastructure.The results of our evaluation show that citygml and low-cost off-the-shelf mobile devices,such as smartphones,already provide performant and accurate mobile pose tracking for AR in civil engineering and city planning.

关键词： Mobile augmented reality pose tracking citygml 3D city model Android smartphone

一种基于citygml的三维模型单体化方法

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测绘通报 2022年第12期 29-34页

作者：倪晓东梁君达吴龙祥刘沐洋广东南方数码科技股份有限公司广东广州510665

实景三维中国建设应满足自然资源管理与社会经济发展需求,因此需要对基础地理信息产品进行实体化改造,三维模型单体化正是实体化改造的关键环节。本文提出了一种基于citygml的三维模型单体化方法,首先根据地物实体轮廓的二维矢量面提供... 详细信息

实景三维中国建设应满足自然资源管理与社会经济发展需求,因此需要对基础地理信息产品进行实体化改造,三维模型单体化正是实体化改造的关键环节。本文提出了一种基于citygml的三维模型单体化方法,首先根据地物实体轮廓的二维矢量面提供的顶点坐标及高程信息,构造墙面、屋顶等多边形平面组成地物的简单三维表达,然后配合渲染到纹理技术(RTT)进行纹理贴图,基于citygml为每个二维矢量面对应的地物重构出有语义、有LOD层级的三维模型。该方法能够高效地实现三维模型单体化,且成果模型容量小,可满足各种实景三维应用需求。

关键词：新型基础测绘地理实体实景三维单体化 citygml

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基于ADE的IFC到citygml层次转换模型

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科学技术与工程 2023年第30期23卷 12806-12816页

作者：赵彬彬王笠苇谢建湘张宏奎王倩长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 长沙理工大学公路地质灾变预警空间信息技术湖南省工程实验室长沙410114

新型城市化建设和管理过程中,借助建筑信息模型(building information modeling,BIM)与地理信息系统(geographic information system,GIS)的数据集成,不但能实现建筑物的精细化表达,而且室外信息得以兼顾,实现空间分析及室内外一体化表... 详细信息

新型城市化建设和管理过程中,借助建筑信息模型(building information modeling,BIM)与地理信息系统(geographic information system,GIS)的数据集成,不但能实现建筑物的精细化表达,而且室外信息得以兼顾,实现空间分析及室内外一体化表达。但BIM与GIS两种不同的数据格式无法直接实现数据的互通。为此,首先分析了模型IFC和citygml在文档形式等方面的差异,并实现了多个简单建筑物IFC模型到citygml3.0 LOD2、LOD3的转换。其次,针对上述数据集成实验中语义丢失问题,扩展GIS的citygml3.0数据格式,提出citygml B-Con扩展模型,完善IFC到citygml3.0的一对一映射关系。最后,实现多个不同复杂程度建筑物IFC模型到citygml B-Con扩展模型的转换。实验结果表明,利用citygml B-Con模型能实现BIM与GIS的数据集成。宏观层面来说,能够增强转换后建筑物外观的细节程度,微观层面而言,BuildingConstructiveElement和BuildingInstallation的子类得以区分,IfcStair、IfcRamp和IfcBeam等建筑构件都能通过一对一映射的方式转换至citygml中,克服了citygml原有标准在建筑物构件表达方面的缺陷,有效减少了BIM源数据语义信息的丢失。

关键词：地理信息系统(geographic information system,GIS) 建筑信息模型(building information modeling,BIM) 工业基础类(industry foundation class,IFC) citygml 扩展语义

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基于不同细节层级的citygml城市植被语义模型构建研究

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基于不同细节层级的CityGML城市植被语义模型构建研究

作者：李欣华中农业大学

学位级别：硕士

在国家建设智慧城市和全国统一的国土空间信息平台的趋势下,关于城市信息模型的研究日益增多。植被是城市基础设施的重要组成部分,具有提升城市生态环境和保障人居环境健康的重要作用,植被模型在城市规划设计、生态系统服务评估等方面... 详细信息

在国家建设智慧城市和全国统一的国土空间信息平台的趋势下,关于城市信息模型的研究日益增多。植被是城市基础设施的重要组成部分,具有提升城市生态环境和保障人居环境健康的重要作用,植被模型在城市规划设计、生态系统服务评估等方面具有广泛的应用前景。在城市信息模型的建设中,针对植物语义建模的研究和实践尚比较少,方法技术尚不成熟和完善。要实现城市植被规划设计和对植被生态效益评估计算的数字化,需要依托能够全面反映植被几何和生理特征的三维植被信息模型,但目前的三维植被模型主要以视觉效果展示为主要目的,缺乏生理特征等相关语义信息的表达,无法满足属性统计、空间分析等深层次的技术需求。建立几何语义一体化的三维植被模型已成为城市数字化发展过程中亟待解决的问题。城市地理标记语言(CityGeography Markup Language,citygml)是用于表示3D城市对象的通用语义信息模型,可以在不同的应用程序上共享,具有几何语义一体化、多细节层级等特点,是用于城市语义模型构建的重要国际标准。citygml定义了城市中大多数三维特征和对象的几何和属性的方法,也对植被建模进行了粗略的描述,但由于内容的模糊性和重点关注建筑基础设施,其价值无法充分体现。本研究基于citygml标准对于植被细节层级(Levels of Detail,LOD)的分级的描述,通过分析明确不同层级三维植被模型的应用需求,参考citygml对建筑模块的定义,将城市植被(乔木、灌木、地被)分为地上、地下两部分构建,同时定义了植被构件的几何特征。对LOD0-LOD4层级中树冠、根、枝干以及只存在于LOD4层级中的花、果实、种子等植被构件的几何形态和表达方式进行了详细定义。在城市植被语义信息的构建方面,从形态特征、生理特征、文化特征、时间性特征、环境特征等几个方面详细定义了不同层级植被模型的指标属性,并对其进行编码,明确每一个属性指标的采集方法。依据不同层级植被模型的定义,本研究总结了每一个LOD层级下植被语义模型的构建方法,主要包括由读取属性直接生成模型法和通过数据转换软件转换法两种方法。最后实际构建了武汉市青山江滩公园南四门北绿地5个层级的三维植被模型,验证了基于citygml标准构建的不同层次细节的城市植被模型方法的可行性。本研究创新性地提出了基于不同细节层级植被citygml的模型构建标准与建模方法,可用于三维城市模型中植物部分的可视化和信息化,解决现有植被三维模型功能单一、采集方法差异、标准缺乏统一等问题,并能够与现有的各类信息模型相互衔接,以为城市植被的监测与评估提供数据基础,促进城市规划和管理数字化发展。

关键词： citygml 多细节层级城市植被语义模型

面向对象的建筑结构语义映射研究——以IFC与citygml为例

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面向对象的建筑结构语义映射研究——以IFC与CityGML为例

作者：石磊山东建筑大学

学位级别：硕士

经济社会快速发展,我国已步入城市智慧建设阶段。城市三维模型是城市智慧建设的关键数据,如何有效获取城市三维模型,实现现代建筑全要素的精准三维重建和展示,是实现绿色建筑、智能建筑的关键一环,更是实现城市智慧化管理的重要基础。... 详细信息

经济社会快速发展,我国已步入城市智慧建设阶段。城市三维模型是城市智慧建设的关键数据,如何有效获取城市三维模型,实现现代建筑全要素的精准三维重建和展示,是实现绿色建筑、智能建筑的关键一环,更是实现城市智慧化管理的重要基础。建筑信息模型(Building Information Modal,BIM)记录了建筑物全生命周期的所有数据信息,对建筑物的内部信息描述详细,而三维地理信息系统(ThreeDimensional Geographic Information System,3D GIS)则注重于宏观场景下的模型构建,对于建筑物的内部信息描述较少。两者数据交互集成可实现优势互补,共同为智慧城市建设提供数据基础。但两者分属不同领域,在几何表达、语义描述、拓扑实现等方面存在巨大差异,如何实现两者交互集成显得尤为重要。工业基础类(Industry Foundation Classes,IFC)和城市地理标记语言(City Geography Mark‐up Language,citygml)是BIM和3D GIS的重要数据格式,如何实现IFC到citygml模型转换是BIM与3D GIS交互集成的关键难题。现有转换方法可以完成几何结构与语义信息的转换,但在语义信息扩展与拓扑信息转换方面存在以下不足:(1)目前的转换方法往往只完成了建筑构件的属性类语义信息的扩展,但未完成对几何类语义的扩展,如对楼梯、梁、柱等的扩展,致使该部分建筑构件转换后语义信息无法准确表达;(2)IFC中拓扑关系非常复杂,直接映射转换非常困难,以致目前的转换方法仍无法行之有效的完成拓扑信息的映射转换。针对现有映射转换机制无法有效解决复杂语义与拓扑关系转换问题,本文建立了IFC到citygml的模型映射转换逻辑模型,并实现了面向对象的多层次映射转换体系:(1)基于语义信息扩展模型(Building ADE)扩展citygml数据标准,克服了转换后在citygml中建筑构件语义信息无法准确表达的不足;(2)重新梳理IFC中拓扑关系,基于重新定义的支撑、嵌入、连接、组合、悬挂和包含六种拓扑关系类实现模型间拓扑关系映射转换。本文以城市建筑物为对象,建立了完善的语义映射转换方法。实验结果证明,本文提出的方法可保证IFC到citygml的几何、语义和拓扑信息转换,转换后的citygml模型包含IFC模型的几何、属性、拓扑信息,可用于三维地理信息系统与建筑信息模型的集成,有助于城市的智能化管理。

关键词：三维地理信息系统建筑信息模型 IFC citygml 拓扑关系