城市三维模型作为数字孪生最直接的载体，既包含建筑物、地形、道路、植被、景观等三维地物实体的几何表达，也包含地物实体之间空间关系和相关活动等抽象对象的动态表达。建筑物作为城市最主要的一类地物实体，其三维模型也是城市三维场景的主要构成要素。建筑物三维模型在考古、文化遗产保护、污染源扩散模拟、城市规划、人口密度评估、太阳能潜力估算、室内外导航等领域发挥了越来越重要的作用。激光雷达是快速获取大规模空间信息的有效手段，激光雷达点云也成为建筑实体几何重建的理想数据源。通过激光雷达技术直接测量获得的室外场景高密度、高精度点云，已成为继地图和影像后的第三类空间数据，为刻画三维现实世界提供了最直接和有效的表达方式。利用激光雷达点测绘技术，针对建筑物地理实体，太阳成集团tyc33455陈动老师课题组近期研发了点云智能处理算法，实现了建筑几何表达的空间化、结构化、语义化和实体化，多篇相关的研究论文在国际顶级期刊发表。
（1）语义感知的室内几何重建：首先获取含有语义的目标楼层三维点云，通过水平切片并投影到地面，提取墙面投影线；然后生成目标楼层多边形单元，构建房间语义图和墙面语义图，并通过构建目标函数和图割算法分割出室内多边形单元和室外多边形单元，之后对房间语义图和墙面语义图，进行图像差值操作，获得差值语义图；再使用形态学分割获得房间分割图，将房间分割图与室内多边形单元和室外多边形单元叠加，获得房间多边形单元；最后通过获取房间边界、计算房间的真实高度、获得目标楼层房间的三维几何模型。本算法所构建的房间模型具有准确的几何形状、正确的拓扑结构和丰富的语义信息。
图（1）楼层和房间尺度上的室内重建
该成果已发表至国际遥感类顶刊 International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation，https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1569843224000396
Chen Dong, Wan Lincheng, Hu Fan, Li Jing, Chen Yanming, Shen Yueqian*, Peethambaran Jiju, 2024. Semantic-aware room-level indoor modeling from point clouds, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2024, 127, 103685.
（2）建筑点和轮廓特征线“双域”互增强几何重建：为了能够真实描述建筑轮廓几何形态，并且保持合理拓扑连接的建筑几何轮廓线重建，提出基于建筑轮廓特征点和轮廓特征线“双域”互增强思想，实现建筑三维轮廓的几何抽象和表达，在迭代优化过程中重建建筑轮廓结构点和结构线。点线“双域”互增强思想嵌入至全局目标函数的极大化过程，即由初始轮廓特征点连接生成轮廓特征线，并在轮廓特征线约束下再次更新轮廓特征点，点线“双域”相互约束，互为增强，在迭代优化中渐进式逼近建筑结构轮廓。所提方法在语义分割精度和几何分割精度两方面均优于当今最好的深度学习和面片分割法结果。
图（2）点线双域互增强建筑几何轮廓线重建
该成果已发表至国际遥感类顶刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，https://ieeexplore.ieee.org/document/10360156
Di Shaoning, Deng Hao*, Chen Dong, Mao Xiancheng, Zou Yanhong, Wu Lixin, Guo Yu, Lin Yangbin, Zhang Liqiang, 2023. PECo: A Point-edge Collaborative Framework for Global-aware Urban Building Contouring from Unstructured Point Clouds, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2023,62, 10.1109/TGRS.2023.3342807.
（3）语义感知的建筑Mesh简化重建：该算法不仅能够在建筑物模型简化过程中尽量保留其结构轮廓、减小模型变形程度，还可以控制不同语义部件的简化力度。能够根据将点云语义信息转移到生成的三维建筑物模型中，从而设计一种能够保留建筑物结构轮廓的边缘折叠算法来对建筑物模型进行简化，同时也能在简化过程中轻松控制不同语义基元的简化力度。这克服了当前很多建筑物模型简化方法在模型简化过程中变形较大、无法控制不同语义基元简化力度的缺陷。
图（3）语义感知的Mesh建筑简化
该成果已发表至国际遥感顶刊 International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation，https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1569843223004478
Jing Li, Dong Chen*, Fan Hu, Yuliang Wang, Peng Li, Jiju Peethambaran, 2024. Shape-preserving mesh decimation for 3D building modeling, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2024, 126, 103623.
供稿：陈动 供图：陈动 初审：李强 终审：柳任飞 编辑：丁志锋
