基于软构件的三维建筑模型构建方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于软构件的三维建筑模型构建方法及系统，其中该方法包括从建筑设计图纸中提取二维建筑设计部件，进而生成用数学函数表示的二维建筑设计部件轮廓；提取二维建筑设计部件轮廓中的特征点而构建出二叉树，利用遗传算法优化二维建筑设计部件轮廓；拉伸优化后的二维建筑设计部件轮廓的厚度，生成与其相对应的三维设计软构件，并保存到设计软构件库中；调取设计软构件库中的三维设计软构件，生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。

Method and system for building three-dimensional building model based on software component

The invention discloses a method and system for constructing 3D building model based on software component, wherein the method comprises extracting 2D parts from the architectural design architectural design drawings, and architectural design components to generate two-dimensional contour representation with mathematical functions; feature extraction of 2D architectural design components in the outline and construct two binary tree, using the genetic algorithm optimization of two dimensional architectural design architectural design part profile; two-dimensional contour drawing parts after the optimization of the thickness of the 3D design software component to generate the corresponding, and saved to the design of software component library; from the design of 3D design software component and software component library, 3D building models corresponding to generate architectural design drawings in.

【技术实现步骤摘要】
基于软构件的三维建筑模型构建方法及系统
本专利技术属于计算机辅助设计领域，尤其涉及一种基于软构件的三维建筑模型构建方法及系统。
技术介绍
随着社会的进步和人们知识修养和整体文化素质的提高，人们消费观念及对住房、用品的要求正在悄然发生着变化。当今时代人们在选购住房、用品尤其是那些有规则结构形状的用品时，越来越看中产品的艺术性、实用性、使用便捷性和宜人性，概念设计是产品设计中创造性设计的思维阶段，在这一过程中，设计师将构思快速转化为草图是一种相当复杂的行为。因为一个好的设计方案既要有合理的功能结构、美观的造型、简便的操作，同时还要富有创新性。创新概念设计是一个涵盖设计界、计算机科学界、管理学界、认知界的多学科交叉性研究领域，是目前国际国内的一个研究热点。软构件是计算机软件业提出的一个重要概念，其基本思想是借鉴硬件技术的成功范例，将计算机软件构件化以增强其可复用性，以实现软件生产过程的硬件化。软构件为促进计算机软件业的发展和提高软件生产效率做出了重要贡献。在设计业，通常人们所面对的是一个复杂的设计目标，然而不管设计目标有多么样的不同，它们总可以细分为小到一定程度的具有一定独立性的组成部件，且这些组成部件需要具有可重用性，各组成部件间具有可连接和装配的特点。根据这些特点，把计算机科学中的软构件思想应用于计算机辅助设计具有非常重要的研究和应用价值。目前，三维建筑模型主要依靠设计人员采用CAD软件进行设计，这种设计方法对设计人员要求很高。设计人员在利用CAD软件进行设计时，首先要用人脑和手工工具进行概念设计，然后再利用计算机对每个零件进行详细设计，装配设计和优化设计以形成最终产品，基本上是一个在设计方案基本定型之后的概念化绘图工具。现有的三维建筑模型构建方法极大的倚赖设计人员的设计经验，设计模型都是在人脑中生成以后，再通过设计工具再现，不仅对设计人员要求高，而且设计速度慢，不支持设计构件重用及创新设计。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于软构件的三维建筑模型构建方法。该方法在现有产品外形的基础上，采用遗传算法生成新颖的建筑设计软构件，保存在设计构件库中，在本系统中集成为三维建筑设计造型，为设计人员的创新设计提供支持，使设计人员在进行详细设计之前，就能看到建筑的三维建筑模型，加快设计进程。本专利技术的一种基于软构件的三维建筑模型构建方法，包括：从建筑设计图纸中提取二维建筑设计部件，进而生成用数学函数表示的二维建筑设计部件轮廓；提取二维建筑设计部件轮廓中的特征点而构建出二叉树，利用遗传算法优化二维建筑设计部件轮廓；拉伸优化后的二维建筑设计部件轮廓的厚度，生成与其相对应的三维设计软构件，并保存到设计软构件库中；调取设计软构件库中的三维设计软构件，生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。进一步的，利用遗传算法优化二维建筑设计部件轮廓的具体过程为：预设遗传算法执行的次数，执行遗传算法的交叉、变异及选择操作来优化二维建筑设计部件轮廓。遗传算法中包括交叉和变异操作，操作的丰富多样化可以提高产品的新颖性。进一步的，该方法还包括：将生成的三维设计软构件通过矩阵排列的方式进行组装形成组合建筑设计软构件，也存储至设计软构件库中。这样能够减少组装的时间，提高建筑产品设计的速度。进一步的，调取设计软构件库中的三维设计软构件之前，还包括：根据优化的二维建筑设计部件轮廓，构建与建筑设计图纸中建筑相对应的产品树。进一步的，根据产品数据的结构，顺序调取设计软构件库中的三维设计软构件，最终生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。产品树中包含任意相邻两个设计软构件之间的关系，具体关系包括位置、方向、距离以及角度关系。这样能够提高建筑模型的准确性。本专利技术还提供了一种基于软构件的三维建筑模型构建系统。本专利技术的一种基于软构件的三维建筑模型构建系统，包括：二维建筑设计部件轮廓生成模块，其用于从建筑设计图纸中提取二维建筑设计部件，进而生成用数学函数表示的二维建筑设计部件轮廓；二维建筑设计部件轮廓优化模块，其用于提取二维建筑设计部件轮廓中的特征点而构建出二叉树，利用遗传算法优化二维建筑设计部件轮廓；三维设计软构件生成模块，其用于拉伸优化后的二维建筑设计部件轮廓的厚度，生成与其相对应的三维设计软构件，并保存到设计软构件库中；三维设计软构件调取模块，其用于调取设计软构件库中的三维设计软构件，生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。进一步的，在所述二维建筑设计部件轮廓优化模块中，预设遗传算法执行的次数，执行遗传算法的交叉、变异及选择操作来优化二维建筑设计部件轮廓。进一步的，该系统还包括：三维设计软构件组装模块，其用于将生成的三维设计软构件通过矩阵排列的方式进行组装形成组合建筑设计软构件，也存储至设计软构件库中。进一步的，该系统还包括：还包括：产品树生成模块，其用于根据优化的二维建筑设计部件轮廓，构建与建筑设计图纸中建筑相对应的产品树。进一步的，在所述三维设计软构件调取模块中，根据产品数据的结构，顺序调取设计软构件库中的三维设计软构件，最终生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)利用现有设计图纸提取成熟的二维建筑设计部件轮廓和数学函数生成的轮廓作为种子，通过基于树结构的遗传算法派生，能产生一些新颖、独特的建筑设计外观造型，为产品创新设计提供辅助设计，提高了建筑产品设计的速度；(2)遗传算法中包括交叉和变异操作，操作的丰富多样化可以提高产品的新颖性；(3)本专利技术的设计软构件集成方法，可以适用于由设计轮廓线通过拉伸创建的部件组装形成的各类产品设计上。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术的基于软构件的三维建筑模型构建系统的结构示意图；图2是本专利技术的基于软构件的三维建筑模型构建方法的流程示意图；图3是本专利技术中一棵设计产品树的分层结构示意图；图4(a)是本专利技术中一棵数学表示二叉树及交叉操作示意图；图4(b)是本专利技术中另一棵数学表示二叉树及交叉操作示意图；图5(a)是交叉操作的父辈和后代对应的二维曲线实施例一示意图；图5(b)是交叉操作的父辈和后代对应的二维曲线实施例二示意图；图5(c)是交叉操作的父辈和后代对应的二维曲线实施例三示意图；图5(d)是交叉操作的父辈和后代对应的二维曲线实施例四示意图；图6是本专利技术中交叉操作的父辈和后代对应的三维图像示意图；图6(a)是图5(a)对应的三维图像示意图；图6(b)是图5(b)对应的三维图像示意图；图6(c)是图5(c)对应的三维图像示意图；图6(d)是图5(d)对应的三维图像示意图；图7(a)是本专利技术中一棵父辈树进行变异操作的子树的示意图；图7(b)是本专利技术中一棵树进行变异操作的子树的示意图；图8(a)是本专利技术中图7(a)对应的算术运算后父辈对应的二维曲线示意图；图8(b)是本专利技术中图7(b)对应后代对应的二维曲线示意图；图9是本专利技术中组合设计软构件界面示意图；图10是本专利技术的组合设计软构件分块设计的示意图；图11是本专利技术的组装为建筑立面的实例示意图；图12是本专利技术的选择不同的顶部和建筑立面组装会展中心的实例示意图；图13是本专利技术的为选定的会展中心模型实例示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于软构件的三维建筑模型构建方法，其特征在于，包括：从建筑设计图纸中提取二维建筑设计部件，进而生成用数学函数表示的二维建筑设计部件轮廓；提取二维建筑设计部件轮廓中的特征点而构建出二叉树，利用遗传算法优化二维建筑设计部件轮廓；拉伸优化后的二维建筑设计部件轮廓的厚度，生成与其相对应的三维设计软构件，并保存到设计软构件库中；调取设计软构件库中的三维设计软构件，生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于软构件的三维建筑模型构建方法，其特征在于，包括：从建筑设计图纸中提取二维建筑设计部件，进而生成用数学函数表示的二维建筑设计部件轮廓；提取二维建筑设计部件轮廓中的特征点而构建出二叉树，利用遗传算法优化二维建筑设计部件轮廓；拉伸优化后的二维建筑设计部件轮廓的厚度，生成与其相对应的三维设计软构件，并保存到设计软构件库中；调取设计软构件库中的三维设计软构件，生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。2.如权利要求1所述的一种基于软构件的三维建筑模型构建方法，其特征在于，利用遗传算法优化二维建筑设计部件轮廓的具体过程为：预设遗传算法执行的次数，执行遗传算法的交叉、变异及选择操作来优化二维建筑设计部件轮廓。3.如权利要求1所述的一种基于软构件的三维建筑模型构建方法，其特征在于，该方法还包括：将生成的三维设计软构件通过矩阵排列的方式进行组装形成组合建筑设计软构件，也存储至设计软构件库中。4.如权利要求1所述的一种基于软构件的三维建筑模型构建方法，其特征在于，调取设计软构件库中的三维设计软构件之前，还包括：根据优化的二维建筑设计部件轮廓，构建与建筑设计图纸中建筑相对应的产品树。5.如权利要求4所述的一种基于软构件的三维建筑模型构建方法，其特征在于，根据产品数据的结构，顺序调取设计软构件库中的三维设计软构件，最终生成建筑设计图纸中相对应的三维建筑模型。6.一种基于软构件的三维建筑模型构建系统，其特征在于，包括：二维建筑设计部件轮廓生成模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘弘，段会川，王晓静，郑元杰，刘希玉，陈莉，张桂娟，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37