Procedural shape contraction: Integration of architectural details into 3d conceptual models

Abstract

Diese Arbeit präsentiert eine neue Methode zur Einbindung von 2d Ausführungsdetails aus dem Bereich der Architektur in ein 3d Vorentwurfsmodell mit dem Ziel, ein detailliertes ausführungsreifes 3d Flächenmodell zu erstellen. Das Ziel ist, daraus ein Gebäude in den aus den Ausführungsdetails hervorgehenden Materialien und unter Anwendung der typischen Bauprozesse bauen zu können. Im ersten Schritt extrahieren wir manuell jene 1d Merkmale aus dem 2d Detail, die einen direkten Einfluss auf das resultierende 3d Modell haben. Weiter ermitteln wir die Sharp Features des 3d Vorentwurfsmodells, um daraus das Skelett des Gebäudes zu generieren, das aus begrenzenden Kurven und deren Schnittpunkten (Ecken) besteht. Anschließend richten wir die aus den Ausführungsdetails gewonnenen Feature Collections an das Gebäude-Skelett entsprechend des Architekturdesigns aus. Das Ziel ist, ein 2-Manifold mit Begrenzung für jede Ecke des 3d Modells aufzubauen. Wir vervollständigen das detaillierte 3d Flächenmodell durch das Aufspannen von Ruled Surfaces zwischen den konstruierten 2-Manifolds an jeder Ecke. In dieser Arbeit fokussieren wir uns auf den Algorithmus für die Konstruktion der Ecken-2-Manifolds: Nach dem Ausrichten der Feature Collections an das Gebäude-Skelett berechnen wir für jedes Feature ein Rich Descriptor mittels geometrischer Beziehungsfunktionen. Weiter ermitteln wir für jedes Feature aus allen betroffenen Nachbar- Features ein Adjazenzgraph. Wir wenden das Procedural Contraction an allen Feature Collections an der gleichen Ecke des Gebäude-Skeletts schrittweise an. In jedem Schritt errechnen wir ein Preservation Score für jedes Feature und löschen jenes mit dem niedrigsten Wert, worauf alle Adjazenzgraphen und Preservation Scores für alle andere neu ermittelt werden. Diese schrittweise Kontraktion ergibt Ruled Surface Segmente, die schlussendlich zu einem 2-Manifold mit Begrenzung zusammengeschweißt werden. Als Evaluierung entwickelten wir ein Prototyp des Procedural Contraction Algorithmus in MatLab, den wir an 170 Detailkombinationen testen und die Ergebnisse hier graphisch präsentieren.

This work introduces a method for integrating 2d construction documentation-level architectural details into a 3d conceptual model of a building to produce a detailed surface model. The goal is to generate geometry that can be built in the designated material using the appropriate standardized techniques. In the first step, we subject each 2d detail to manual 1d feature extraction to determine those shapes that have an influence on the 3d model. We also extract the sharp features of the 3d model to obtain the building’s skeleton, consisting of edge curves and corners. We perform an alignment of the feature collection obtained from each detail with the 3d skeleton, in accordance with the architectural design. Our goal is to build a 2-manifold with a boundary at each corner of the 3d skeleton. Spanning ruled surfaces between neighbouring corner manifolds completes the final surface model. In this work we focus on the algorithm for constructing the corner manifolds: After the alignment of the feature collections with the 3d skeleton is performed, we calculate a rich descriptor, based on geometric relationship functions, for each feature. In addition, we construct its adjacency graph, containing all other features whose descriptor will change in case this feature is discarded. We then apply simultaneous procedural contraction to all feature collections affecting the same corner of the 3d model. In each step a preservation score is calculated for all features, based on their descriptors. The feature with the lowest score is discarded and the descriptors and adjacency graphs for all others recalculated. This contraction produces ruled surface segments that are eventually stitched together into a 2-manifold with a boundary. We evaluated the algorithm by building a prototype in MatLab and testing it on 170 detail combinations.