本文以快速生成三维建筑物模型为目标,研究平面图引导的虚拟环境三维建模问题,重点对建筑平面图的图元几何关系描述、工程符号识别、构件轮廓提取等关键技术进行了深入的研究,并取得如下研究成果:　　 1.提出一种线段之间相对几何关系的七元组描述模型　　 线段是工程图纸中最主要的几何图元,线段几何关系是描述图纸几何信息的基础。本文通过深入研究已有的描述方法,发现已有方法在描述线段关系时遗漏部分几何约束,导致无法区分某些不同的线段对。因此,本文补齐遗漏的几何约束,提出一种描述线段之间相对几何关系的七元组模型,将二维空间内任意两条线段之间的几何关系转换为一个约束值向量。实验结果表明,本文的七元组描述模型能够区分之前方法无法区分的不同线段对,对线段对的描述准确率提高约19%。　　 2.提出RSPR图元关系描述模型,并以此为基础提出一种基于样例的工程符号识别方法　　 工程符号识别是从建筑平面图中获取虚拟环境信息的关键步骤,其中工程符号几何特征的描述与匹配是亟待解决的核心问题。本质上,工程符号即是几何图元的集合,工程符号的几何特征与图元之间的几何关系密切相关。为此,本文进一步研究二维图元之间的相对几何关系描述,将图元之间的相对几何关系划分为相对尺寸、位置和旋转关系,提出Relative-Size-Position-Rotaion描述模型,即RSPR模型。RSPR模型相对于七元组模型取得了三点改进:1)使用五个约束值即可描述两条线段的几何关系,消除冗余约束值;2)从理论上证明了RSPR模型的几何约束值对于图元对在二维空间内的平移、旋转、等比例缩放、对称以及这些变换的组合变换具有不变性的特性,弥补了已有模型缺少理论支持的不足;3)增加对圆的描述,并支持扩展到更多类型的图元描述。　　 基于RSPR模型,本文提出一种基于样例的工程符号识别方法,在无需预定义符号库或特征库的前提下,只需在识别前指定任意一个符号的样例,即可自动计算得到图纸中特征与样例相同的所有符号,从而完成符号识别。实验结果表明,本文的符号识别方法在识别率上有所提高,比[MLSL06b]方法高约21%,比[LZY07]方法高约46%。　　 3.提出一种基于中线拓扑关系的墙体平面轮廓提取方法　　 墙体平面轮廓信息是生成建筑物三维模型必不可少的几何信息,因此从平面图中准确提取墙体轮廓是关键问题。为了减少轮廓提取过程中对图纸绘制规范和语义信息的依赖,本文重新归纳了墙体轮廓的几何特征和语义特征,提出备选墙体轮廓的定义;为了降低轮廓提取方法对图元噪声的敏感度,本文不再直接使用图元数据进行计算,而是通过对间接的轮廓中线的计算完成墙体轮廓中线的提取,最后通过轮廓中线的拓扑关系及对应的宽度恢复出最终的墙体平面轮廓。实验数据表明,对于写字楼、公寓等常规建筑的平面图,本文方法在轮廓提取准确率和效率上都有所提高。其中,本文方法的墙体轮廓提取准确率比[LTSC05]方法提高约5%,单次交互提取率提高约55%,整体效率提高约35%。　　 4.设计并实现一个高效的建筑平面图三维建模系统SmartArchitect V1.0　　 一个准确高效的虚拟环境三维建模系统在众多行业具有重要的应用意义,它可以有效缓解三维模型生成效率低下带来的瓶颈问题。因此,本文实现了一个高效的建筑平面图三维建模系统SmartArchitect V1.0。该系统以本文提出的符号识别方法和轮廓提取方法为核心算法,通过一系列特色功能将整个三维建模过程关联起来,构成一个高效的三维建模系统。实验数据表明,在具有建筑平面图纸的前提下,SmartArchitect V1.0系统在生成虚拟建筑三维模型的过程中所需的关键交互次数比专业建筑物建模软件SketchUp少约81%,显著提高了建模效率。此外,本文系统已经成功应用于安全预演项目、虚拟楼盘展示项目以及虚拟室内设计项目,具有广泛的应用前景。