汪秋玲 姚淑婷 謝宏全 蘆斌 孫建宇 李培顯

摘? 要：利用多種軟件研究建筑物三維模型建立具有重要的應(yīng)用意義。選取江蘇海洋大學(xué)蒼梧校區(qū)內(nèi)化工樓東側(cè)實(shí)驗(yàn)室作為研究對(duì)象，利用徠卡C10三維激光掃描儀獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，Cyclone軟件完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，采用Microstation軟件進(jìn)行三維建模。研究結(jié)果表明：利用Microstation軟件建立建筑物三維模型的技術(shù)方法是可行的，效果上具有直觀、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)云? Cyclone? 建筑物? Microstation? 建模

中圖分類號(hào)：TV632 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）01（a）-0009-02

隨著測繪科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，三維激光掃描測量技術(shù)在各工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年來，國內(nèi)一些學(xué)者利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行建模的方法進(jìn)行了相關(guān)研究，主要有：馬娟[1]采用3DS Max軟件對(duì)昆明某校校務(wù)大樓進(jìn)行了三維建模;張會(huì)霞等[2]以中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)十樓及科技會(huì)堂為對(duì)象，利用Cyclone6.0軟件進(jìn)行三維建模;徐克紅等[3]研究表明Microstation軟件，可以建立高精度的建筑物模型。建模的軟件種類相對(duì)較多，不同軟件的建模對(duì)象各有特點(diǎn)。利用Microstation軟件進(jìn)行建筑物三維建模研究具有一定的應(yīng)用意義。

1? 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

依據(jù)研究需要，選擇江蘇海洋大學(xué)蒼梧校區(qū)內(nèi)化工樓東側(cè)實(shí)驗(yàn)室作為研究對(duì)象，周圍樹木雜草較少且大小適中的建筑物。

該研究數(shù)據(jù)獲取采用測繪與海洋信息學(xué)院實(shí)驗(yàn)室擁有的徠卡C10掃描儀，依據(jù)掃描對(duì)象周圍環(huán)境，結(jié)合儀器性能擬采用全站儀導(dǎo)線法進(jìn)行外業(yè)掃描。為保證獲取完整的建筑物數(shù)據(jù)，設(shè)置了5個(gè)測站和一個(gè)后視點(diǎn)，確保相鄰兩測站間能通視，導(dǎo)線布設(shè)示意圖如圖1所示。

此次掃描主要步驟：依次在5個(gè)測站上安置儀器（對(duì)中與整平，見圖2），建立獨(dú)立坐標(biāo)系（假定A點(diǎn)坐標(biāo)，AB的坐標(biāo)方位角），掃描前視與后視的球形標(biāo)靶（見圖3），每個(gè)測站上設(shè)定合適的矩形掃描范圍，掃描分辨率設(shè)置為2cm。全部完成后導(dǎo)出數(shù)據(jù)到U盤。

2? 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

此次研究內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)處理的硬件是聯(lián)想圖形工作站，軟件是儀器隨機(jī)配備的Cyclone8.0，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接、去噪與均一化。點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接的目的是將5站掃描的區(qū)域數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)建筑物整體，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cyclone軟件，可以自動(dòng)完成。點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪的目的是將建筑物以外的冗余點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，利用Cyclone軟件中提供的刪除點(diǎn)云工具，只保留建筑物。點(diǎn)云數(shù)據(jù)均一化的主要目的是在保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下降低數(shù)據(jù)量（文件的字節(jié)數(shù)），利用軟件提供的“Unify Clouds”命令，點(diǎn)云間隔數(shù)值設(shè)置為0.020m。完成處理后導(dǎo)出*.pts格式的文件以備在Microstation軟件中做三維建模處理。

3? 建立三維模型

為了能夠更加真實(shí)直觀地展示點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用Microstation軟件對(duì)采集的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立[4]。為了視覺上方便建立模型，把模型的顏色改為灰色;將激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頂視圖，在頂視圖模式下繪制建筑物頂部的輪廓。在繪制頂部輪廓時(shí)并未考慮繪制時(shí)的深度，在左視圖模式下所繪制的輪廓并不在實(shí)驗(yàn)室的頂部，選擇“Move”工具將繪制的輪廓移動(dòng)到實(shí)驗(yàn)室的頂部;選擇“Solid by Extrution”工具，選中頂部輪廓擠壓至實(shí)驗(yàn)室底部，實(shí)驗(yàn)室主體三維模型繪制完成（如圖4）。

實(shí)驗(yàn)室細(xì)節(jié)繪制，首先定義ACS坐標(biāo)系，在頂視圖模式下，選擇“SmartLine”工具，按照房檐形狀繪制矩形。其次將視圖轉(zhuǎn)換為軸側(cè)視圖，觀察到所繪制的矩形不貼合實(shí)體房檐，將視圖切換為右視圖，選擇“Move”工具，將房檐移動(dòng)至實(shí)際位置，再使用“Solid by Extrution”工具選中房檐上方輪廓擠壓至房檐下方，繪制房檐三維實(shí)體。最后以同樣的方法繪制臺(tái)階等其他細(xì)節(jié)，完成實(shí)驗(yàn)室白模創(chuàng)建。

4? ?紋理映射及渲染

為了體現(xiàn)模型的真實(shí)感，得到更好的可視化效果，在Microstation軟件中對(duì)創(chuàng)建的模型進(jìn)行紋理映射。首先新建調(diào)色板，然后新建材質(zhì)，選擇紋理的位置，單擊需要映射紋理的墻面（見圖5），將采集到的北側(cè)墻體影像粘貼到模型表面得到模型北側(cè)墻體（見圖6）。同上完成其他面墻體及細(xì)節(jié)的紋理映射，使其成為具有真實(shí)紋理的三維模型。

紋理映射完成后，對(duì)模型進(jìn)行渲染。選擇渲染設(shè)置模板，設(shè)置日期及時(shí)間，點(diǎn)擊“Begin Luxology Render”，渲染整個(gè)實(shí)驗(yàn)室場景，完成最終的3D模型（見圖7）。

5? 結(jié)語

利用Microstation軟件建立了試驗(yàn)對(duì)象的三維模型，軟件界面友好，控制靈活，三維模型建立、紋理映射、著色渲染等功能齊全，操作快捷簡便，得到的三維模型直觀、準(zhǔn)確、可靠。使用數(shù)碼相機(jī)獲取建筑物墻體相片，利用Microstation軟件對(duì)建立的模型進(jìn)行紋理映射，得到具有真實(shí)質(zhì)感的模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬娟.基于地面三維激光掃描系統(tǒng)的校園建筑物建模研究[J].昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2013，29（3）：55-59.

[2] 張會(huì)霞，陳宜金，劉國波.基于三維激光掃描儀的校園建筑物建模研究[J].測繪工程，2012，19（1）：32-34.

[3] 徐克紅，王赫.三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)在CloudWork for Microstation下的處理[J].北京測繪，2015（3）：72-74.

[4] 南竣祥，梁爽，李海泉，等.一種基于三維激光掃描技術(shù)的快速建模方法[J].測繪通報(bào)，2017（10）：137-139.