利用Microstation軟件的建筑物三維建模

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用意義。選取江蘇海洋大學蒼梧校區內化工樓東側實驗室作為研究對象，利用徠卡C10三維激光掃描儀獲取激光點云數據，Cyclone軟件完成數據預處理，采用Microstation軟件進行三維建模。研究結果表明：利用Microstation軟件建立建筑物三維模型的技術方法是可行的，效果上具有直觀、準確、可靠的特點。

關鍵詞：點云? Cyclone? 建筑物? Microstation? 建模

中圖分類號：TV632 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0009-02

隨著測繪科學技術的快速發展，三維激光掃描測量技術在各工程應用領域得到了廣泛應用。近年來，國內一些學者利用三維激光掃描技術進行建模的方法進行了相關研究，主要有：馬娟[1]采用3DS Max軟件對昆明某校校務大樓進行了三維建模;張會霞等[2]以中國礦業大學學十樓及科技會堂為對象，利用Cyclone6.0軟件進行三維建模;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較多，不同軟件的建模對象各有特點。利用Microstation軟件進行建筑物三維建模研究具有一定的應用意義。

1? 激光點云數據獲取

依據研究需要，選擇江蘇海洋大學蒼梧校區內化工樓東側實驗室作為研究對象，周圍樹木雜草較少且大小適中的建筑物。

該研究數據獲取采用測繪與海洋信息學院實驗室擁有的徠卡C10掃描儀，依據掃描對象周圍環境，結合儀器性能擬采用全站儀導線法進行外業掃描。為保證獲取完整的建筑物數據，設置了5個測站和一個后視點，確保相鄰兩測站間能通視，導線布設示意圖如圖1所示。

此次掃描主要步驟：依次在5個測站上安置儀器（對中與整平，見圖2），建立獨立坐標系（假定A點坐標，AB的坐標方位角），掃描前視與后視的球形標靶（見圖3），每個測站上設定合適的矩形掃描范圍，掃描分辨率設置為2cm。全部完成后導出數據到U盤。

2? 激光點云數據預處理

此次研究內業數據預處理的硬件是聯想圖形工作站，軟件是儀器隨機配備的Cyclone8.0，激光點云數據的預處理主要包括點云數據的拼接、去噪與均一化。點云數據拼接的目的是將5站掃描的區域數據拼接成一個建筑物整體，將數據導入Cyclone軟件，可以自動完成。點云數據去噪的目的是將建筑物以外的冗余點云數據進行刪除，利用Cyclone軟件中提供的刪除點云工具，只保留建筑物。點云數據均一化的主要目的是在保證點云數據質量的前提下降低數據量（文件的字節數），利用軟件提供的“Unify Clouds”命令，點云間隔數值設置為0.020m。完成處理后導出*.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

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

實驗室細節繪制，首先定義ACS坐標系，在頂視圖模式下，選擇“SmartLine”工具，按照房檐形狀繪制矩形。其次將視圖轉換為軸側視圖，觀察到所繪制的矩形不貼合實體房檐，將視圖切換為右視圖，選擇“Move”工具，將房檐移動至實際位置，再使用“Solid by Extrution”工具選中房檐上方輪廓擠壓至房檐下方，繪制房檐三維實體。最后以同樣的方法繪制臺階等其他細節，完成實驗室白模創建。

4? ?紋理映射及渲染

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

紋理映射完成后，對模型進行渲染。選擇渲染設置模板，設置日期及時間，點擊“Begin Luxology Render”，渲染整個實驗室場景，完成最終的3D模型（見圖7）。

5? 結語

利用Microstation軟件建立了試驗對象的三維模型，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、準確、可靠。使用數碼相機獲取建筑物墻體相片，利用Microstation軟件對建立的模型進行紋理映射，得到具有真實質感的模型。

參考文獻

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

[2] 張會霞，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.三維激光掃描點云數據在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的快速建模方法[J].測繪通報，2017（10）：137-139.