（模式识别与智能系统专业论文）建筑图功能构件识别的方法研究.pdf

承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文， 是在导师指导下独立完成的，学位论文的 知识产权属于山西大学。如果今后以其他 单位名义发表与在读期间学位论文相关的 内容，将承担法律责任。除文中已经注明 引用的文献资料外，本学位论文不包括任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的成 果。 学位论文作者r 签章j ) ：锄岔 2 0 0 夕年期涉日 摘要 建筑构件识别作为建筑图样智能理解的重要部分，回顾其近三十年 的研究，所取得的成果却非常有限。咎其原凶在于现有方法和计算机辅 助建筑设计没有很好的集成和形成一体化，智能c a d 水平较低。本文 从图样理解和建筑c a d 一体化的角度出发，将施工图工程语义分析和 施工图d x f 文件数据分析结合起来，提出1 种基于设计过程文件信息 的建筑图样构件识别及理解方法。 首先，+ 方面，面向人工绘图和读图过程，对施工图工程语义从表 达方式，投影关系、尺寸约束i 个层次进行分析，并在此基础上提出了 基于知识的建筑图样构件识别及理解策略，完成理论准备工作。另方 面，通过对施工图d x f 文件的格式解析，获得构件识刖所依据的基础 数据，完成资源准备工作。 其次，在分析施工图构件标注特征的基础上，提出以构件标注文本 识别作为构件识刈的入口的策略。再基于d x f 文件进行构件标注文本 抽取可能性分析，并在此基础上提出利用直接反映设计过程的图层信息 的d x f 文件标注文本单体抽取算法，以及文本单体整合算法。最终获 得构件在施工图表达叶i 的唯一标识。这为接下来的其余构件识别工作提 供了张图样构件的名称表，以及这些构件最初的有限可利用信息。 接着，在施工图投影工程语义分析获得的图形元素整体特征的基础 上，对线型图形元素进行具体几何特征分析，以及面向构件进行构件图 形元素集内线型图元之间的约束关系分析，并归纳出一些规则，将其作 为构件图形元素集搜索的引导规则，提出基于规则的构件图形元素集搜 索算法。具体实现时还需要进行标注文本弓| 线关联和图线分离等处理， 为其作好必要的准备工作。 然后，进入构件理解巾最核心的构件尺寸信息获墩部分。通过对施 工图巾尺寸表达特点的分析，建立尺寸结构体为构件尺寸识别做好数据 准备，然后利用视图尺寸关系树来获取构件图形元素的尺寸，再基于构 件与其图形元素集巾图元的约束关系，最终获得构件的整体尺寸信息。 最后，在对些施二r = 图样实验性的验证该方法的基础上，从创新与 不足两方面总结本文的工作，为今后的改进指出方向。 关键词：智能c a d ；图样理解：施工图；工程语义；d x f 文件格式 vj i i a b s t r a c t r e c o g n i z i i l g 血n c t i o n a lc o m p o n e n t sms h o pd m w i i l g si st 1 1 ei m p o r t a n t p a no fa r c h i t e c t u r a ld r a w i n gu n d e r s t a i l d i n g ，a n dl o o k i n gb a c ka l i i l o s tt 王l i n y y e a r s r e s e a r c ha b o u ti t ，t h e r ea r el i m i t e da c h i e v e m e n t sy e t t h ek e yp r o b i e m i st h a t 虹l ee x i s t i n gm e t h o d sa i l dc o m p u t e ra i d e da r c h “e c t u r ed e s i g na r en o t w e j jj m e g r a t e d ，a 1 1 d 山ei m e j l i g e n c el e v e lo fc a di sl o w e li nv i e wo f d r a w i l l gu n d e r s t 觚d i n ga n di n t e 伊a t i o no fa f c 场t e c m r a lc a d ，t h i sd i s s e r t a t i o n m a k eal o to fa n a l y s i sa b o u te n g i n e e r i n gs e m a n t i c so fs h 叩d r a w 访g sa n d d o c u m e n td a t ai na r c h i t e c t u r a ld e s i g nf i l e sw i n ld f o m l a t ，a n dp u t f o n v a r dam e t h o dt or e c o g i l i z ea n du i l d e r s t a t l d 向n c t i o n a lc o m p o n e n t si i l s h o pd r a w i n g so nt h eb a s i so fd e s i g nf i i e s i n f o f n l a t i o n f i r s t ，0 nm eo n eh a n d v i e w j n gh o w m a nd m w sa n di e a d sd r a w i n g s ，w e a 1 1 宙y z es h o pd r a w i n g sh i e r a r c h i c a l l ys u c ha sp r o j e c t i o nr e l a t i o n ，e x p r e s s i o n m o d ea n dd i m e n s i o nf e s t r i c t i o n ，a n do nt h eb a s i so fi t s 拄a t e g i e s o f l ( f l o w l e d g e - b a s e dr e c o g m t i o n 锄du n d e r s t a n da b o u t 如n c t i o n a lc o m p o n e n t s i ns h 叩d r a w i n g sa r ei n 咖d u c e d t h ep r e p a m t i o nf b rt h e o r i e si sr e a d y 0 n t i l eo t h e r h a i l d ，w 曲p a f s i n gt i l ef 0 啪a to f 眦h i t e c t u r a ld f i l e ，w eo b t a i n t h es o u r c eo fb a s i cd a t aw i t l lw h i c h 凡n c t i o n a lc o m p o n e m sa r er e c o g i l i z e d t h ep r e p a r a t i o nf o rd a t ai sw e 王ld o n e s e c o n d ，o nt 1 1 e b a s i so fa n a l y s i sa b o u tc h a r a c t e f i s t i c so fr m c t i o n a l c o m p o n e m s l a b e l s ，av i e w p o i mc o m ei n t ob e i n gt 圭l a tl a b e l s r e c o g n i t i o ni s t a k e na st h ee n t m n c et o如n c t i o n a l c o m p o n e m s r e c o g n i t i o n t h e nw e a n a l y z et h ep r o b a b i l i 哆o ft a k i n go u tf u n c t i o n a lc o m p o n e n t s l a b e l s 丹o m d x ff i l e s ，a n db 咖gf b n v a r dae x t r a c t i n gp r o c e s so fl a b e l t e x t sf r o md x f 矗i ew i mt h eu s eo fi n f o r n l a t i o na b o u ti a y e r sw h i c hd i r e c t l yr e n e c td e s i g i l t h o u g h t s ，a n dac o m b i n a t i o np m c e s so fl a b e lt e x t si n t oc o m p l e t el a b e l s f i n a l j yt 1 1 eu j l i q u el n a r ko f 如n c t i o n a jc o m p o n e n ti sa c q u i r e d t h i so 腑ra n a m el i s to fm n c t i o n a lc o m p o n e n t sa n dl i m i t e di n i t i a l i n f o r m a t i o nt h a tc a f l b eu s e di nm ef o l i o w i n gr e s tw o r ki nf u n c t i o n a lc o m p o n e n t s + r e c o g n i t i o n t h i r d ，o nt h eb a s i so fa n a l y s i sa b o u tc o m m o nt r a i t so fg r 印h i ce l e m e n t s i ns h o pd r a w i n g sw l l i c ha r eo b t a i n e df r o ma n 甜y s i so fe n g m e e r i n gs e m a n t i c s o fp r o j e c t i o ni n s h o pd r a w i n g s ， t l e p a r t i c u l a l ra n a l y s i s o fg e o m e t r i c c h a r a c t e r i s t i c so fl i n e s h 印e dg r a p h i c se i e m e m si sm a d e ，a n dt i l ea i l a l y s i so f r e s 仃i c t i v er e l a t i o n sb e t w e e ne l e m e n t sb e l o n gt ot h es a m es e to fg r a p l l i c e l e m e n t so ft h e 劬c t i o n a lc o m p o n e n ti sa l s om a d e ，a n dt h e ns o m er u l e sa r e c o n c l u d e dw h i c ha r et h el e a dr u l e sf o rs e a r c k n gf o r 向n c t i o n a lc o m p o n e n t s g r a p h i ce l e m e n t ss e t ，l a s tt 1 1 en l l e - b a s e dp m c e s so fs e a r c hi ss e td o w n w h e n i t i sc a r r i e do u tt 圭l ep e r f o l m a i l c eo fa s s o c i a t i n gl a b e la n dd o w n l e a da n d s e p a r a t i n gl i n ee l e m e n t si nd r a w i n g si st h en e c e s s a f yp r e p a r a t i o n t h e n ， c o m ei m ot i l eh e a r t p a r t o f u n d e r s t a t l d i n g o f m n c t i o n a l c o m p o n e n t s ， w h i c hi sc t i o n a l c o m p o n e n t s d i m e n s i o ni n f o m l a t i o n o b t a i l l i n g w i t ht h ea m l y s i so ff e a t u r e so fd i m e n s i o ne x p r e s s i o ni ns h o p d r a w i l l g s ，d i m e n s i o n a ls t r u c t u r e sa r ee s t a b l i s h e da n dm e s ea r eb a s i cd a t a p f e p a r e df o rr e c o g n i t i o no fc o m p o n e n t s d i m e n s i o n 1 h e nw i mm eu s eo f d i m e n s i o nr e l a t i o nt r e em ed i m e n s i o no fg r a p h i ce l e m e n t so fc o m p o n e n ti s g o t a cl a s t ，o nt i l eb a s i so fr e s t r i c t i v er e l a t i o nb e t w e e nm n c t i o n a lc o m p o n e m a 1 1 dm e m b e r so fj t sg r a p h i ce l e m e n t ss e t ，c o m p o n e n t s d i m e n s i o ni sa t t a i n e d l a s t ，d e a i i f l gw i t hs o m es h o pd r a w i l l g s ，t h em e t h o di se x p e r i m e n t a l l y t e s t i f i e d ，a f l dt b e n 舶mt h ea i l g l eo fi n n o v a t i o na t l dd e f i c i e n c yt h ew o r ko f d i s s e r t a t i o ni ss u m m a r i z e d s ot h ew a yt oi m p r o v ef o rt h e 向t u r ei si n d i c a t e d k e ) ，w o r d s ： i n t e l l i g e mc a d ；e n 西n e e r i n gd r a w i n g毗r p r e t a _ t i o n ； s h o pd r a w i n g ；e n g i n e e r 呈n gs e m a n t i c s ；d f o n i l a t 引言 2 0 世纪7 0 年代后期以来，一个以训算机辅助设计( c o m p u t e r a i d c d d e s i 朗，c a d ) 技术为代表的新技术改革浪潮席卷了全世界，它不仪促进了计算机本身性能的提商 和更新换代，而且几乎影响到全部技术领域，冲击惹传统的：亡作模式。以计算机辅 助设计这种高技术为代表的先进技术已经、并将进一步给人类带来巨大的影响和利 益。计算机辅助设计技术的水平成了衡量一个国家工业技术水平的重要标志。 ( 。) c a d 技术的发展历程 简单概括地讲，计算机辅助设计技术主要是研究如何用计算机及其外围设备和 图形输入输出设备来帮助人们进 j = 工程和产品设计的技术，它是随着计算机及其外 围设备、图形设备以及软件技术的发展而发展的： 2 0 世纪5 0 年代，c a d 技术处于酝酿和准备阶段； 6 0 年代中期，c a d 技术丌始进入了发展和应用阶段： 7 0 年代，出现了面向中小企业的c a d 商晶化系统，其体系结构如图l ，c a d 技术丌始大量应用： 匿至匿圈蔼蓊曩窭圈i 噩! j * 居 r 一i 乏墨而一一 l。一“。 - 一i k “g 驴峰 ；、札骞善3 。 ，“f 鹭喇船往冀话m l ，- ，。、，- - - 一。? j 二罐i2 f 堂带他 s j 几问、矗掣，、。i 辞屉 ! 二二二：翌茎塑! 墅。、二? 囵lc d 系统的 卜 。导删女目j # 胁t 三层结j 句 卜f 嘶f h 卉r 确n h 再罩守箍 ； 一一 ，品册l 置卫i ! 械鲥晶蠲嘤磷暖蠲嘲嘟碰鳜 ” 1 ”1 _ 搿鹫掰渣兰矗事蹲舒j 一。一。矿 8 0 年代，包括c a d c a e ( 计算机辅助分析) c a m ( 计算机辅助制造) 一体化 的综合软件包使c a d 技术又上了，个层次： 9 0 年代，c a d 标准化体系进一步完善，集成化成为c a d 技术发展的新趋势， 系统智能化成为又一个技术热点。出于c a d 技术的先进性集中体现在 c a d 系统上，所以这一代c a d 软件系统具有强大的生命力，在c a d 系统中，综合应用了止文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、 专家系统等技术，从而大大提高了自动化、发计的程度，因此出现了智能 c a d 新学科。智能c a d 把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家 系统、拟人化用，、，接口管理系统集于一体，形成如图2 所示的结构。所 以，c a d 系统作为用户最终用柬实现设计思想、加速产品和上程设计 的信息化工具，其功能的不断升级完善一卣都是c a d 技术发展中非常 重要的一部分。 ( 二) 建筑c a d 软件的发展历程 目前，c a d 技术已广泛应用于国民经济的各个方面，主要涉及制造业中的应用、 r = 程设计中的应用、电气和电子电路方面的应用、仿真模拟和动画制作，甚至在轻 工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至体育方面都会用到c a d 技术。其中， 工程设计应用主要是指c a d 技术应用于建筑业的各方面。回顾建筑业中的c a d 软 件的发展历程： ( 1 ) 第一代的二维通用绘图软件。2 0 世纪6 0 年代术至7 0 年代初，还没有为建 筑设诗服务的专门的c a d 软件。诅 f j 所具有的基本特征只是通用的图形处理能力， 而且主要是二维图形绘制及标注尺寸和符号等功能，可用于以图形表达设计意图的 较厂泛的领域。 ( 2 ) 第二代的真e 二维建筑绘图软件。进入2 0 世纪7 0 年代，计算机硬件性能 和计算机图形学有了很大的发展。建筑设计人员与软件设计人员密切配合，促使专 业化的c a a d ( 计算机辅助建筑设计) 软件诞生，这可以称为第一代c a a d 软件。 值得指出的是，美国的通用绘图软件a u t o c 柚在建筑设计领域一直得到广泛的应用。 ( 3 ) 第三代的三维建筑模型软件。从2 0 世纪8 0 年代中期至2 0 世纪9 0 年代， 在c m d 辅助绘图取得人们承认和接受后，实现了向更高层次的飞跃，诞生了第一 代c a a d 软件三维建筑模型软件。三维建筑模型软件的研制思路是让建筑师在 计算机上借助于三维模型进行设汁构思，把三维的建筑设计方案与二维的成图过程 串联起来二l ：作，以三维模型为核心控制全局，充分发挥计算机的特点和优势，进行 工程设计。所以，c a a d 为建筑设计带来了一场真e 的革命。同时，计算机辅助旌 2 ( c a c ) 技术电被应用于管理和辅助施工项目建设的全过程，涉及概预算、工程 项目管理和施1 ：组织等施工领域的各个方面。c a d 技术已) r 始被广为采用，这不但 可以提高设计质量，缩短工程尉期，还可以节约2 至5 的建设投资。而近几年来 我困每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万个工程殴计单位都 采用c a d 技术，则可以大大提尚基本建设的投资效益。 但是，由于现行c a d 软件的过程建模和产晶信息建模能力的不足，使得习日口绝 大多数c a d 系统仪局限于建立产品几何模型，擅长设计阶段中某一时刻产晶形体的 表示，在描述产品漫计的工程意义和动态过程方面显得十分乏力，不能充分利用产 品设计的过程信息，造成了图形设计霹i 产品设计过程的割裂。所以，传统c a d 系统 主要是用作为绘图工具而不是设训工具，设计“各阶段的模型转化和信息继承难以顺 畅地进行，司时也给软件的集成带来了极大的困难。因此，建筑 ：程中c a d 技术的 应用，虽然有效的捉l 岛了敬计质量和效率，但由于c a d 技术与方案设计( 前期) 和 概预算、生产施工( 后期) 缺乏应有的融合能力，阻碍了建筑业c a d 技术应用向深 层次发展，难以满足智能c a d 的三大功能特征： ( 1 ) 完整性：住设计过程的各个阶段均能辅助设计师的设计活动； ( 2 ) 灵活性：对于产品设计中所涉及的任何对象均能为设计师提供辅助手段； ( 3 ) 集成性：可与其它相关的信息处理系统如c a m 、c a c 等协同运作。 本文的研究内容就是在上述背景下提出的，主要目标是自动理解工程图样，彻 底改变传统的人工读图获取工程量信息的工作模式，从而填平建筑设计与施工两阶 段之间存在的巨大信息鸿沟。虽然，近几十年国内外已有一些计算机读图的研究， 但是止如k 础t o m b r e 指出的那样，至今仪有少量：l ：作研究建筑工程图中的构件识别 和理解，且在深度和广度上均处于起步状态。 ( 三) 本文的土要研究内容 ( i ) 建筑施工图工程语义分析 施工图作为一个设计过程的最终表达结果，其所反映的过程信息是复杂多样的。 从人工读图的角度考察，读图一方丽是图面内容的获取，即语法层上的理解。针对 已有的大量施_ l 图为d x f 格式文件的现状，通过贝体分析d x f 文件格式，为提出 施工图内容获取方法做好必要的知识准备。 另一方面，读图更重要的是，对读取的内容要基于一定的专业背景知识进行： 程 分析，叩舀义层上的理解。所以，施工图语义分析是施工图构件识别的基础。通过 分析设计者绘图表达的过程，归纳出工程语义的三个层次：表达方式语义、投影关 系语义、尺寸约束语义。然石分别针对建统施工图特点其体分析其所包含的内容， j 往此基础上提出施工图中建筑构件识别的壮于知识的理解策略。 ( 2 ) 基fd x f 文件的构件标注文本识别方法研究 建筑施 图中的标注文本具有咧显的视图特点，有些标注本身还包含了建筑物 对应的构件的全部或部分工程量信息，同时，标注文本可以作为构件住施12 图中的 唯标识，从而可咀指引施工图中构件的搜索。所以，构件标注义本的口 别对整个 构件的识别具有重要的意义。通过对平法标沣的麓j ：图中标注文本特征，以及旌工 图中图层信息建立特点进行分析，在此基础上提出了标淹文本单体的抽取算法，以 及以文本单体为对蒙，基于二平法标注知识来获得构件完整标注文本的文本单体整合 算法。 ( 3 ) 基f 规则的构件图形元素集搜索方法研究 施工图表达本质上是一种图形象形表达方法，所以图形元素在施工图中占据着 不- 叮代替的地位。构件的所有工程表达部分都是通过构件的一个个图形儿素联系起 来的。所以，在构件的图形元素集上进行完整的以别构件不失为一种可行的方法。 首先分析施工图中的图形元素表达特征以及结合的投影关系工程语义，然后从单个 构件的角度出发，分析其图形几素集中对象之间的关系，并提出一系列约束舰则作 为构件图形，i 素集搜索的引导规则。最后以线型图冗为例提出具体的构件图形元素 集搜索算法，其中包括图线分离预处理、标注文本引线关联、基于规则的构件图形 元素集搜索。 ( 4 ) 基于尺寸树的施工图尺寸提取方法研究 施一图具有实形性和视图尺寸协调性的特点。通过图形与尺寸的相直：作用，读 图名将尽可能多 1 准确地抽取施j ：图的语义。所以，视图尺寸协调性为施工图理解 提供了现实可能性，尺寸l f 别成为施工图构件汉别中理应包括的内容。幽彤元素和 尺j ，是以其基准有效地结合起来的，所以，这里我们先通过尺寸结构体和尺i j _ 树来 记录、组织尺、j 的基准信息。然后从图形冗素的尺寸基准与相对坐标中获取图形元 素的隐式尺寸界限信息。由于每个隐式尺寸界限总是列麻看陶形中的某个显示尺寸 界限，然后通过对尺寸树的搜索建立起二首的对应父系，这个显示尺寸邳为该图形 i 豢的尺- | o 第一章施工图工程语义分析及构件识别策略 1 1 施工图工程语义分析 建筑工程图样与机械、电气和土小 _ 程图样相比，无论在视图表达上，还是在 领域知识( 制图标准、行、世标准) 上既具有一定的共性，但又有较大的不同。目前， 针对机械图样获得的特征分析及图样理解研究结果应用到建筑工程图样理解上有很 大的不足。因为，针对每类特定图样，其内容侄专业技术人员头脑中的映射，不是 停留在直线、圆弧等几何或字符级描述上，而是基于这些描述，根据制图知识和领 域专业知识产生图样的工程意义级描述。由此，任何j ：程图样都包含特定的工程 语义且具有隐含性、经验性和习惯性等特点，工程图样中的图形实体都具有一定的 功能语义：同时，由于工程图样表达的结果是静念的，而工程图样表达的方式是动 态的、可变的，因此，i 二程语义分析是图样理解和构件识别的基础。 可以说工程图绘制的过程一方面是设计师设计思想表现的过程，同时也是上程 图样语义填充完善的过程。每个构件的工程语义构成了完整的建筑图样的工程意义。 而识别构件，实质上就是挖掘构件的工程语义。这与一般意义上的图形识别是有区 别的，因为每个图形元素除了本身具有的几何与拓扑信息外，它还表达一定的旆工 生产信息。分析建筑图样的形体投影表迭的过程：形体分析：确定表达方法：根据 投影规律绘制投影视图：标注尺寸。我们可以从三个方面来审视建筑图样中所蕴含 的工程语义，如图3 ： 陆虹匝髂i 镕蝴 1 1 1 表达方式语义 r 呈霾星差( 设备树 4 衰) 冀j 一珀僭器 百【鞭赚赶目一瑟辫田 施j 过程对施l ：图中形体表达要求是完整、清晰的，这样才能方便人们使用图样， 正确施工。要达到这点，单靠一种视图表达是不够的。通常需要用多个相互垂直 的投影视图来表达一个建筑物。一般情况f 一套简单的施 图其完整构成如图4 ，归 纳其中的一鹧常用表达方式：基本视图、剖视图、荆面图、截面图、洋浏、标准图 例以及一些麓化画法、规定画法。我们可进一步将表达方式语义分为t 类；基木视 图语义、剖切表达语义和其他非基本视圈语义。 e 住建筑陶中，止面投影称正立面图，水甲投影称平面罔，侧面投影称侧立丽图。 当建筑物构件各向立面变化较大时，1 j 以采用除囤标中规定的六个牡本视图( 正六 面体的六个面为投影丽) 外的多个角度的投影表达。视图规模以及各投影视图之间 的关系便构成j ，图样的基本视图语义。施工图巾表达一个构件，有时会需要结合不 同的视图内容，这时需要根据表达方式语义切换到不同的视图中去搜索。 实际上对于一个建筑物的缒工圈而言，内部结构与构件的表达才是其全部意义所 在。所以副视图成为施1 二图中必不可少的表达方式。一般都使剖切平丽平行于基本 投影面，从而使截面的投影反映实形。 1 1 2 投影关系语义 投影关系语义分析，主要是对投影理论在上程图绘制的实际应用中所表现出来的 特点进行分析。内容上量要包括建筑物各籼构件在视图上的投影表达分析。 建筑施 ：图样上的图形元素可以分为点、线、圆弧、圆、连通域五类，每一类 儿素均满足“长对齐、高平齐、宽相等”的投影规律。对于这些图形元素，从投影 哭系语义来看，可大致包括如下内容： ( 1 ) 图样中的各种线型如粗实线、细实线、点划线、虚线等直接表达了若t 工程 语义。其中较常用的线型是粗实线、细实线、细点划线。粗实线，m 格 0 ：台投 影语义，表示可见物体的轮廓线，适捌于平、立、剖面网的外轮廓线、剖切 线和两个面相交的线( 梭) ；细实现不一定符合投影约束，表示尺寸标注线、 截面图的外轮廓线、引出线等，还有通常以细实线模拟的波浪线：细点划线 表示中心线、定位轴线、对称轴线等。 ( 2 ) 图样中的电线投影符合投影规律，即可分为平行线类、垂直线类和一般位置 线类。其中难直线最多，平行线次之，一般位置最少。 ( 3 ) 图样中的平面投影符合投影规律，叩可分为平行面类、一垂直面类年【l 一般位置 面类。 ) 图样中的各类面域含商明显的视图投影特征，一般表示各种舰则几何体的柱 类构件的剖而投影。 ( 5 ) 图样中的点包含多样投影语义，从点型分为一一般点和粗点，粗点表示钢筋断 面投影点。一般点从功能上可咀分为端点( 蹦样中轮域；线上实际存在的端点) 、 圆心点、功_ ( 在投影上表现为直线与圆弧的圳点) 等。 由上，施工圈巾的投影关系语义要比机械图巾的投影关系语义简单些，冈为其 中省略了一部分体以及组合体红视图中的投影表达分析。 1 1 3 尺寸约束语义 建筑图样中的尺寸约束比较直观，尺寸约束语义分析可以分为两个方面：尺寸实 体本身包含的显式语义分析和关于尺寸与图形之间关系的隐式语义分析。 施f ：图中的尺寸实体由尺寸界线、尺寸线、尺寸箭头、尺q 数字四部分组成，尺 寸界线和尺寸线一般都为细实线尺寸线与所标注尺寸平行，尺寸界线从图形的轮 廓线、轴线等处引出，或者直接利用轮廓线、轴线作为尺i r 界线。施i ：图中的显式 尺寸语义较为简单，它们不似机械图样中的显式尺寸可以直接表示尺寸的不同种类， 即尺寸界线、尺寸线的表达与具体尺寸类型有关：可以械据尺寸数字的莳缀和后缀 特征可以得到尺寸的类别，从而可以大致判别单元体的类型。所以，施：i ：罔中的显 式尺寸不能指引构件的识别，而仪仪州于表达图形实体的尺寸值。 施工图中，如果一个构件没有被尺寸碌式直接地约束，也没有被尺寸通过投影问 接地约束，那么它必然存在隐式尺寸约束。所以，广义上讲，在施工图中能反映构 件形体大小、数量、及其他工程量信息的实体鄙可以称为隐式尺寸。通常包括以下 几种形式：| j 窗表、钢筋表隐式尺寸约束，通过表格的形式对图样中构件的尺寸以 及洋细做法信息进行约束，构件与其隐式尺寸之间通过构件标号关联；构件文本标 注隐式尺寸约束，在施工图中混凝土构件标注中包含了构件的断面尺寸和钢筋的直 径、数量、箍筋的间距等信息。多层构造标注文本中包含了多层构造的厚度信息等； 对称结构隐式尺寸约束，对称总是优先作为尺寸标注考虑驰提，对称轴线隐含了尺 寸约束：标商标注隐式尺寸约束，住立面图中通常只标注相对标高而不标注尺寸大 小，所以，图形实体的尺寸通过相对标高间的关系隐式约束。 1 。2 施工图开放的标准d x f 格式 解决建筑c a d 集成化、一体化问题最理想方法和根本途径是：建立共同的产品 数据标准，即标准项f 1 模型，通过这个模型实现项目整个生命周期的各个阶段中参 与者之间信息的全球通信和共同使用。现在主要有i s o 的s t e p 标准和队i 的i f c 标准，他们都致力于制定通用建筑语言，用于建筑 程计算机辅助工作的协调和通 信，这种标准在将来会代咎现行的建筑分类系统，作为c a d 系统、a i 系统和数据 库系统的信息标准。但由予建筑项目建模标准化工作刚刚进入实践阶段，故还有许 多工作要做。 然而，虽然日i 口使用的各种专业设计软件其建筑和结构建模方法不同，也非标准 化，但现存的旅上图绝大多数部是d x f 格式的d w g 数据文件。同时，d 图形交 换文件又是标准、”放的a s c i i 顺序文件，i | = l 前大多数s t e p 工具中也都提供了d x f 与s t e p 的接口，所以利用施工图d x f 文件实现功能构件识别及理解，既是可能的， 而h 在日河和今后的相当妖时期又具有重要的研究和实用价值，并将具有良好的应 用瓣景，日时还没有成熟的系统出现。 一个完整的d x f 文件包括一个绘图文件的所自组成部分。整个结构如f ： ( 1 )头部f h e a d e r ) ：包括绘图的一般信息，有a u t o c a d 数摧痒版本号和一 系列系统变量及其值等。 ( 2 ) 类部( c l a s s e s ) ：保存应用定义类的信息，在其他部分显示其实例。 ( 3 ) 表部( t a b l e s ) ：列出图形中的所有符号表，包括线型类裂表 ( l t y l ) e ) 、层表( l 【r e r ) 、视图表( v i e w ) 等等。 ( 4 ) 块部( b l o c k s ) ：包括在绘图中构成每一块参照的块定义和绘图实体。 ( 5 ) 实体部( e n t i t i e s ) ：包括绘图中图形化对象( 实体) ，包括块i | j ( 插入 实体) 。所谓实体是指a u t o c a d 中的基小图形单元。如：点( p o i n t ) ，线 ( l i n e ，r a y ，i n e ，m l i n e p l i n e ，s p l m e 等) 、圆( c i r c l e ) 、弧( 舡c ) 、块 ( b l o c k ) 、尺、j 标注( d i m e n s i o n ) 、文字( t e x t ) 等等，均为a u t o c a d 的实 体。为r 方便识别实伴，a u t o c a d 将实体进行编码，如点实体的编码为 0 2 h ，直线实体的编码为0 1 h 等等。对于每一个实体，其数据结构都可以 分成两个部分：实体头部和实体尾郜。实体头部的长度同定，且其意义对 每一个实体基本相同。它包含有实体类型编码、实体性质、实体长度等等。 对于实体尾部，a u t o c a d 采用，极为紧凑的格式以节省占用资源。对于 不问实体，其尾部数据结构不问，即使在同一类型的绘图命令中，根据复 杂程度不同尾部数据的格式出不同。凶此，。已的格式种类较多，在某些情 况卜- 实体尾部长度可以为零。例如：住直线实体尾部巾，仪保存了自线两 端点的啦标值；文字灾体尾部中保存了文字的起始点坐标、高度、文字内 容及旋转角度等等。在整个实馋部寸l ，各实体又按一定次序存储。所以。 我们可以从这里得到图形上能看到的一切元素的相关信息。本文的方法就 是乒要利用这部分数据实现的。 ( 6 ) 对象部( o b j e c t s ) 包括绘图中的非图形化对象。 1 3 施工图构件识别及理解策略 施工图理解问题主要是要从施工图中汉别出特定的功能峦i ：f 件。识别策略的关键 在于要有针对性，针对特定的图纸识别特定的功能部件，囚此，施工图理解应该在 知识的引导下进行。这些知识应包括： ( 1 ) 不同类型( 一类或几类) 图形如何组合以完整表达特定的构件，更迸一步， 一幅或几幅施上图如何组合以完整表达特定的构件，视图之问是如何关联 的。 ( 2 ) 从特定构件的所有图形实体集中选择哪个实体作为识别的丌始，并且如何 获得这个实体。 ( 3 ) 特定的构件在视图中如何表达( 分析其表达方式) ，红视图中其图形实体 的特点( 分析其投影关系) 。 ( 4 ) 从特定构件的某个( 或某类) 图形实体出发，如佃搜索与其相关的所有图 形实体。 基于以上分析，我们提出r 基丁知识的施【：圈理解和建筑物构件识别策略和方 法。卡醍据对知识的不同层次、不同角度来审视： ( 1 ) 从施工图出发，分析不同类型的旋上图中一般会1 竽在哪些确定的构件，以 视图关联特征识别出构件的全部图形信息： ( 2 ) 从构件出发，分析构件在施工图中的图形信息分布和图形实体投影特点， 以实现从构件的角度对施上图图形信息进行分离，在此基础上识别出构件 对应的全部图形信息： ( 3 ) 从构件的图形实体特征出发，分析图形实体和构件之间的对应关系，实现 由特定构件的单个图形实体出发识别出其全部的图形实体。 1 4 本罩小结 构件识别的主要任务就是提取构件的工程语义。本章从三个角度对施工图进行 工程语义分析，并在此基础上提出了基f 知识的构件识别及理解策略。然而这只是 指出r 一个方向，在随后具体的识别中要根据被提取的j 程语义的类别不同，以不 同的知汲为指导来获得最终的结果。 第二章基于d x f 文件的构件标注文本识别方法研究 建筑结构施工图主要由图形兀素、尺寸标注和文字说明三部分组成。这三韶分 按照一定组合所共同表达的信息构成 厂结构图工程语义的土要内容。其中文字说明 部分包括标注文字与m 标注文字，而非标注文字一般都是技术说明、符号表、殴计 及施工单位说明等，它们对理解图样表达的工程量相关信息的作用不大，所以我们 这里仪先挖掘标汪文字对施r ：图构件识别的意义。建筑图样中的杯注表达方式多样、 功能强大，有的标注不仪蕴含_ 构件的形状信息，甚至标注文本本身就包含r 建筑 物构件的全部或部分i ：程信息，而h 标注还可以在视图中指引构件图形实体集的搜 索。另外，最主要的是这些标注具有明缸! 的视图特征，在d x f 文件中实现标注分离 提取具有确实的 叮行州：，因此挖掘图样的标注工程语义成为施工图理解中一郜分重 要内容。 2 1 施工图标注文本特征分析 目前，混凝土结构旌工闭的设计丌始1 泛采用一种称为平法( 即建筑结构施工 图! f 而设计方法) 的新型表示方法。甲法标注表达可以简洁直接的将各类构件表达 在结构平面向旨图s p d 上，然后再j 标准构造洋陶s s d 配合，即构成了一套完整的 建筑结构图c s d 。这种制图法改变了传统的将构件从结构平面靠置图中索引出来， 再逐个绘制做法详图的繁琐方法。 圉5 某楼层的结构平面圉 如上图5 为采用、f 法设讣的某楼层的结构、r 面图的 部分，从图上我们可以看到、i ? 法波汁具有这样的些特点： ( 1 ) 设计者用一系列图形符号和标注符号表示出各种建筑构件( 包括柱、梁、 墙和楼板等) 的框架、名称和位置等简单的属性信息。 ( 2 ) 图样上的每个构件均只有一个标注文本来唯一标汉，而包括若1 i 图形符 号。 ( 3 ) 针对每类构件的标注解释具有明显的视图特征：采用规范的格式，并且 限定在有限范围内的符号集中。 ( 4 ) 一标注文本确定构件图形实体集，保证无重复标注与无标洼图形实体的存 在。 ( 5 ) 同规格构件采用一次洋细标注，其余简单标注( 叩只标注构件名称，无 做法说明) 的标注方法。 由上分析，我们定义结构平面布置翻s p d 上的这些标注符号与图形符号为导山 符号，而s s d 中表格和模板图表示建筑构件的外部形状、几何尺寸和配筋的具体数 值等洋细的属性信息，我们称这类符号为核心符号。人工读图过程止是对这些符号 进行搜寻，建立导出符号和核心符号的对应关系，并分析其所包含的工程信息的过 程。所以，实现计算机读图，实质上也是实现对图样中这类符号的完整止确的获取， 以及符合工程意义的专业理解。 2 2 获取构件标注文本的可能性分析 d x f 文件的基本单位是组，每个组在d x f 文件占二行，其苗行是组码，第二行 是组值。组码除用以表明组值数据类型外，还标明了该组的用途。所有的变量、表 项、实体描述部是先由一个组给出名称，然后由若t ：个组说明其内容，由这些变量、 表项、实体组成各个段。下面是d x f 文件e n t i t i e s 中有关文本实体( t e x t ) 的一 段标准格式数据及其解释： oo 萄i 谐瑗稿晕诈。蓑瑚藏充掉 “f 拳铬铲詹艇酌交字标明鼻体对蠹 ：盖 3 3 0 揩坩所肖暂 ；赫 】孑差蒜记 c m e n t n 7 ae 目i 吾名 b 26 2 翮包号 】“l m 手蠡标记 l 】字符墨【敬据的值 量j ：任 钊 o q b 文芋_ 手 岢商， oq 帆：8 7 5 比嘲精镩淳点越搬艏 1 t 寸宝样书名 t 2 r 2 水平文萼捌芷凳曩i 5 5 = 诵整 i j 1 “第= 澍齐点x 坐标 2 1 2 1 捧= 对齐点y 坐标 1 2 b6 t 8 5 3 q 6 3 s 5 4 8 3 1 0 1 第= 对育点z 坐标 【j t 我们可以开到，在这段数据中，关于“窀土任”这个文字实体在图样上的位胃、 文字样式、大小、颜色等制图信息都可以获得。所以，图样中的所有文字内容利用 实体名称( t e x t ) 过滤，部可以从d x f 文件中拙取出来，而且可以进一步获得其 位置信息。但是，我们也看到这其中存在的另一一个问题：组成整个标题栏的所有文 字内容在逻辑上具有一定的对应关系以及完整的r 程语义性，所以在获取时应该将 它们进 7 必要的组合，以表达个完整的意义。例如：如果这里“室主任”有其对 应内容“) ( ) ( ”，则我们要得到的结果应该是“室主任) ( x ”，这样才饽是一个完整的 信息。而且还要进步理解到这样的一个文木实体具有标题栏的j 二程意义，而4 i 是 其他的说明文字或者标注文字。这个仝过程又会涉及到表格的识别，以及j 1 程图样 中表格的【程意义的理解等等复杂问题。 另外，我们还可以看到d x f 文件中除了包含图样中能够看到的所有元素的形体 形状信息外，实体在a u t o c a d 绘制中所有的设计信息及部分系统数据库信息也构成 了它的一部分内容。所以，我们可以从这些数据中得到一些在设计过程中没有显式 的表现在图样中的设计信息，更希望可以借助这些信息有效地汉图。通过对大量施 工图d ) ( f 文件的分析，以及联系设计者在设计过程中所表现出的思考及制图上的共 同特点，我 发现图