ra.Computers&Graphics, vol.21, n0.1, pp.23-30 ；Ogayar, C.J., Segura, R.J., Feito, F.R.(2005).Point in Solid Strategy.Computers&Graphics, vol.29, n0.4, pp.616-624 ；Cui,S.L., Zhang, S.Q., Chen, X.X, Pang, Z.P., Fu, X.Y., Zhang, X.(2011).Po int-1n-Po lyhedraTest with Direct Handling of Degeneracies.Geo-spatial Informat1nScience, vol.14, n0.2, pp.91-97 ;王文成，吳恩華.(2000).判斷檢測點是否在多邊形或多面體內(nèi)的新方法[J].軟件學報，11(12):1614-1619 ;吳堅，鄭康平，王小椿.(2003).—種檢測點是否在多邊形或多面體內(nèi)的方法[J].小型微機計算機系統(tǒng)，24(12):2200-2203.)
[0036]針對如上這樣具備盲目性的三維外輪廓提取，尤其是見于三維地籍管理中基于離散面片拓撲自動構(gòu)造3維實體的研宄中。在其中，這樣的三維外輪廓稱“最大最小體”，目前都是采用如上提出的“事先盲目搜索，事后剔除”的手段(郭仁忠，應(yīng)申，李霖.(2012).基于面片集合的三維地籍產(chǎn)權(quán)體的拓撲自動構(gòu)建[J].測繪學報，41 (4):620-626 ;李霖，趙志剛，郭仁忠，賀彪.(2012).空間體對象間三維拓撲構(gòu)建研宄[J].武漢大學學報(信息科學版)，37(6):719-723 ；Ying, S.，Guo, R.Z.，Li, L.，vanOosterom, P., Ledoux, H., Stoter, J.(2011).Design and Development of a 3D CadastralSystem Prototype based on the LADM and 3D Topology.2nd Internat1nal Workshopon 3D Cadastres, Delft, the Netherlands, pp.167-188.)或‘‘Maximal MinimumSolid，，(Ying, S., Guo, R.Z., Li, L., van Oosterom, P., Stoter, J.(2014).Construct1nof 3D Volumetric Objects for a 3D Cadastral System, Transact1ns in GIS, 22p ；Guo, R.Z., Li, L., Ying, S., Luo, P., He, B., Jiang, R.R.(2012).Developing a 3D Cadastrefor the Administrat1n of Urban Land Use:A Case Study of Shenzhen, China.Computers, Environment and Urban Systems, pp.1-10.)。
[0037]因此，本技術(shù)領(lǐng)域亟待實際有效的解決方案出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0038]針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明闡述了一種三維外輪廓的拓撲自動構(gòu)建方法。
[0039]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種基于深度優(yōu)先策略的地理空間三維外輪廓自動構(gòu)建方法，首先根據(jù)連通性找到多個連通分支，然后找到其中具備極值頂點的連通分支，該連通分支包含了三維外輪廓，之后找到具備極值頂點的最外圍的面片，接著從最外圍面片出發(fā)采用深度優(yōu)先遍歷依次找到構(gòu)成三維外輪廓包含的所有平面片，實現(xiàn)方式包括以下步驟，
[0040]步驟1，根據(jù)連通性找到原始給定平面片集合中存在的多個連通分支；
[0041]步驟2，確定每個連通分支包含的平面片集合，每個平面片集合中的平面片之間通過邊相互鄰接；
[0042]步驟3，針對每個連通分支，獲取每個連通分支的最小外接盒；計算該最小外接盒的最大極值，簡稱“分支最大極值”;
[0043]步驟4，比較所有的“分支最大極值”，獲得具備最大“分支最大極值”的那個連通分支，確定該連通分支為后續(xù)操作對象，且以上極值簡稱為“最大極值”；
[0044]步驟5，創(chuàng)建一個結(jié)果平面片，內(nèi)容為空；
[0045]步驟6，創(chuàng)建一個相接平面片集合，內(nèi)容為空；
[0046]步驟7，將步驟4所確定連通分支相應(yīng)平面片集合作為當前的給定平面片集合，針對給定平面片集合中的每個平面片的每個頂點，比較頂點的極值與“最大極值”，若存在有一個或者一個以上頂點等于“最大極值”的平面片，則將該平面片加入以上相接平面片集合中；
[0047]步驟8，針對給定平面片集合，如果存在所有頂點的極值等于“最大極值”的平面片，將該平面片標記為平行平面片，并轉(zhuǎn)入步驟9 ;如果不存在，則轉(zhuǎn)入步驟10 ;
[0048]步驟9，比較平行平面片的法向量與三維矢量(0，0，1)的夾角大小，進行以下處理并轉(zhuǎn)入步驟12，
[0049]若兩者夾角為0，則將該平面片標記為結(jié)果平面片，且結(jié)果平面片的方向為I ;
[0050]若兩者夾角為180，則將該平面片標記為結(jié)果平面片，且結(jié)果平面片的方向為2 ;
[0051]步驟10，針對相接平面片集合中的每個平面片，計算法向量與三維矢量(0，0，I)的夾角，該夾角記為“原始夾角”，進行如下處理計算“處理夾角”，然后進入步驟11，
[0052]若原始夾角處于(0，90)，則不處理，原始夾角即“處理夾角”；
[0053]若原始夾角處于(90，180)，則將180減去原始夾角，結(jié)果標記為“處理夾角”；
[0054]步驟11，從相接平面片集合中的所有平面片中，選擇“處理夾角”最小的平面片，將該平面片標記為結(jié)果平面片；同時，根據(jù)結(jié)果平面片的“原始夾角”進行如下處理計算結(jié)果平面片的方向，
[0055]若原始夾角處于(0，90)，則結(jié)果平面片的方向為I ;
[0056]若原始夾角處于(90，180)，則結(jié)果平面片的方向為2 ；
[0057]步驟12，搜索結(jié)束，結(jié)果平面片為外輪廓體邊界上的一個平面片，返回結(jié)果平面片;
[0058]步驟13，創(chuàng)建外輪廓體，內(nèi)容為空；
[0059]步驟14，創(chuàng)建當前平面片，采用結(jié)果平面片初始化；
[0060]步驟15，針對當前平面片，讀取此時當前平面片的方向，將該平面片以及此時的方向加入外輪廓體中，同時對該平面片此時方向?qū)?yīng)的側(cè)面作如下處理進行標記，
[0061]若此時當前平面片的方向為1，則該平面片的背面標記“已使用”；
[0062]若此時當前平面片的方向為2，則該平面片的正面標記“已使用”；
[0063]步驟16，針對當前平面片，創(chuàng)建推進平面片，初始化內(nèi)容為空；
[0064]步驟17，從當前平面片包含的所有邊中取一條邊，計算最鄰近平面片及相應(yīng)方向；
[0065]步驟18，針對步驟17所得最鄰近平面片及方向分別進行判斷，若最鄰近平面片及方向在當前的外輪廓體中不存在，則將相應(yīng)最鄰近平面片加入以上推進平面片，若存在則從當前平面片包含的所有邊中依次取下一條邊，返回執(zhí)行步驟17確定最鄰近平面片及相應(yīng)方向，直到對當前平面片包含的所有邊處理完畢，進入步驟19 ;
[0066]步驟19，清空當前平面片，將推進平面片作為新的當前平面片；之后，清空推進平面片；
[0067]步驟20，基于新的當前平面片返回步驟15，直至得到的推進平面片為空，三維外輪廓搜索完畢。
[0068]而且，步驟17中，對某條邊計算最鄰近平面片及相應(yīng)方向?qū)崿F(xiàn)方式如下，
[0069]首先，設(shè)與該邊鄰接的且同樣用于構(gòu)成外輪廓體的平面片，稱為最鄰近平面片；與該邊相接的所有平面片形成一個集合，稱為相接平面片束，最鄰近平面片總是存在于相接平面片束中；計算最鄰近平面片如下，
[0070]若當前平面片的方向為1，則在相接平面片束中，順著當前平面片的正面望去，尋找與當前平面片沿著以上邊夾角最小的那個平面片，此時該平面片是最鄰近平面片；
[0071]若當前平面片的方向為2，則在相接平面片束中，順著當前平面片的正面望去，尋找與當前平面片沿著以上邊夾角最大的那個平面片，此時該平面片是最鄰近平面片；
[0072]然后，計算最鄰近平面片的方向，若最鄰近平面片與當前平面片相容，則對最鄰近平面片賦予與當前平面片一樣的方向；若最鄰近平面片與當前平面片不相容，則對最鄰近平面片賦予與當前平面片不同的方向。
[0073]而且，所述極值為最大Z值、最小Z值、最大X值、最小X值、最大Y值或最小Y值。
[0074]本發(fā)明在現(xiàn)有研宄基礎(chǔ)上進一步發(fā)展，采用的數(shù)據(jù)模型基于“面向地籍的三維空間數(shù)據(jù)模型”，研宄的主要內(nèi)容是如何事先主動地拓撲自動構(gòu)建這樣的三維外輪廓，而并非如現(xiàn)有技術(shù)事先盲目搜索之后再剔除，本發(fā)明提出的方法有效避免了搜索的盲目性。同時，本發(fā)明所述的三維外輪廓的拓撲自動構(gòu)建方法，能夠支持從具備多個連通分支或具備穿洞情況或具備內(nèi)穴情況的面片集合中有效地搜索出三維外輪廓，且保證結(jié)果的正確性。本發(fā)明所述方法可以廣泛應(yīng)用于三維建筑集群/三維房產(chǎn)集群的外輪廓識別中。
【附圖說明】
[0075]圖1為本發(fā)明實施例圖形外輪廓的拓撲等價性示意圖，其中圖1(a)為2D圖形外輪廓的拓撲等價性示意圖，圖1(b)為3D圖形外輪廓的拓撲等價性示意圖。
[0076]圖2為本發(fā)明實施例平面片夾角的轉(zhuǎn)化處理示意圖，其中圖2(a)為嵌入于三維空間中的平面片集合示意圖，圖2 (b)為垂直于XOY的平面片集合示意圖，圖2 (c)是簡化為直線段集合的示意圖。
[0077]圖3為本發(fā)明實施例針對帶內(nèi)穴的簡單案例找三維外輪廓示意圖。
[0078]圖4為針對帶穿洞的簡單案例找三維外輪廓示意圖。
[0079]圖5為本發(fā)明實施例中由5X5X6個平面片構(gòu)成的3維外輪廓(展開2維圖形方式)示意圖。
[0080]圖6為圖5所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的12個條帶(展開2維圖形方式)
示意圖。
[0081]圖7為圖5所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的12個條帶中第1，2，3，10，11，12個條帶(多叉樹形式)示意圖。
[0082]圖8為圖5所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的12個條帶中第4，5，6，7，8，9個條帶(多叉樹形式)示意圖。
[0083]圖9為本發(fā)明實施例中由4X4X6個平面片構(gòu)成的3維外輪廓(展開2維圖形方式)示意圖。
[0084]圖10為圖9所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的9個條帶(展開2維圖形方式)
示意圖。
[0085]圖11為圖9所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的9個條帶中第1，2，3，4，5個條帶(多叉樹形式)示意圖。
[0086]圖12為圖9所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的9個條帶中第6，7，8，9個條帶(多叉樹形式)示意圖。
[0087]圖13為本發(fā)明實施例中由3X3X6個平面片構(gòu)成的3維外輪廓(展開2維圖形方式)示意圖。
[0088]圖14為圖13所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的7個條帶(展開2維圖形方式)示意圖。
[0089]圖15為圖13所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的7個條帶(多叉樹形式)示意圖。
[0090]圖16為本發(fā)明實施例中由2X2X6個平面片構(gòu)成的3維外輪廓(展開2維圖形方式)示意圖。
[0091]圖17為圖16所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的3個條帶(展開2維圖形方式)示意圖。
[0092]圖18為圖16所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的3個條帶(多叉樹形式)示意圖。
[0093]圖19為本發(fā)明實施例中由1X1X6個平面片構(gòu)成的3維外輪廓(展開2維圖形方式)示意圖。
[0094]圖20為圖19所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的I個條帶(展開2維圖形方式)示意圖。
[0095]圖21為圖19所示外輪廓給予深度優(yōu)先遍歷得到的I個條帶(多叉樹形式)示意圖。
【具體實施方式】
[0096]本發(fā)明闡述了一種三維外輪廓的拓撲自動構(gòu)建方法。通過這種方法找到的三維外輪廓中允許有穿洞(through-holes)，允許有內(nèi)穴(inner cavity)。
[0097]3維外輪廓的構(gòu)造基元應(yīng)該是緊鄰I個維度的2維基元，如2維平面片；否則，如果3維外輪廓由跨維的I維直線段構(gòu)成，就會產(chǎn)生二義性。就如2維外輪廓的構(gòu)造基元應(yīng)該是緊鄰I個維度的I維基元，如I維直線段；否則，如果2維外輪廓由跨維度的O維點構(gòu)成，就會產(chǎn)生二義性，典型的就如2D alpha型外邊界由O維點集生成，而2D alpha型外邊界就只