楊蘅

(南京交通職業(yè)技術學院公路工程系，江蘇南京 211188)

關于Cyclone軟件與AutoCAD軟件結合使用的探討

楊蘅?

(南京交通職業(yè)技術學院公路工程系，江蘇南京 211188)

作為一項新的數(shù)據(jù)獲取手段，地面三維激光掃描儀可以快速、精確和高效地測量目標的三維影像數(shù)據(jù)，突破了傳統(tǒng)的測量和數(shù)據(jù)處理方法，贏得了全新的研究和應用領域。本文就三維激光掃描技術的后處理弊端，結合變電所三維模型的建立，探索了Cyclone軟件與AutoCAD軟件的結合應用。

三維激光掃描；三維模型；點云

三維激光掃描系統(tǒng)是目前國際上最先進的獲取地面空間多目標三維數(shù)據(jù)的影像掃描測量技術。三維激光掃描技術又稱“實景復制技術”[1]，它可以深入到任何復雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間中進行掃描操作，并直接將各種大型的、復雜的、不規(guī)則、標準或非標準等實體或實景的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，進而快速重構出目標的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)(點云數(shù)據(jù))，點云數(shù)據(jù)轉變?yōu)槿S仿真模型就要通過相關軟件的實現(xiàn)[2]。本文結合徠卡HDS6000三維激光掃描儀的后處理軟件Cyclone 6.0，探討AutoCAD軟件在三維模型建立中的妙用。

1 Cyclone軟件的特點

徠卡Cyclone軟件是一套面向工程應用的軟件產(chǎn)品。該軟件由掃描、拼接和建模3個模塊構成，同時，該軟件集成了點云管理和CAD的功能。使用該軟件，用戶可以完成從掃描儀管理、野外測量、數(shù)據(jù)拼接到三維和二維CAD成果生成的整個工作流程。另外，為了讓用戶在CAD環(huán)境下用徠卡HDS的點云數(shù)據(jù)，徠卡Cyclone三維數(shù)據(jù)處理軟件中的CAD插件Cloudworx軟件能夠實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)與常見CAD的無縫集合。用戶通過該插件可以利用傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的繪圖編輯功能，實現(xiàn)了點云技術與普通CAD技術的過渡。

2 Cyclone軟件與AutoCAD軟件結合應用

當然任何軟件都有它的缺點，Cyclone軟件也不例外。特別是大容量的數(shù)據(jù)處理時，這些問題就會影響三維模型建立的進程。通過實際應用研究，筆者總結如下Cyclone軟件的應用弊端及應用AutoCAD軟件的解決途徑。

2.1 針對多對象的組的復制與粘貼效率低的解決方法

Cyclone軟件進行多對象的組的復制與粘貼非常慢，如有30個對象的組的復制與粘貼要15 min左右。這種情況對大容量的三維模型的建立，影響非常大，每天完成的任務量很小。通過反復摸索，筆者利用Auto-CAD軟件的繪圖功能可以巧妙解決這個問題。

利用Cyclone軟件把模型空間文件×.imp轉化為×.coe文件輸出，然后利用兼容AutoCAD的插件Cloud-WorxForAutoCAD導入到AutoCAD模型空間中去，再運用AutoCAD軟件的編輯命令進行復制與粘貼，當然要找準復制與粘貼的基點，通過實際操作，發(fā)現(xiàn)在AutoCAD繪圖空間里進行模型的相關操作，速度比在Cyclone軟件的模型空間直接進行操作快得多。據(jù)筆者統(tǒng)計在30 min里利用Cyclone軟件進行復制與粘貼的成效，間接利用AutoCAD軟件進行處理5 min可以達到相同的效果。

最后，應用 AutoCAD軟件輸出為×cadExport.coe文件，就可以重新在Cyclone軟件的模型預覽窗口中打開并編輯了。

2.2 針對分塊模型合并操作麻煩的解決方法

由于三維激光掃描儀外業(yè)采集的數(shù)據(jù)非常大(如100 G左右)，利用Cyclone軟件進行模型的整體建立，對于高配置的電腦，操作也是很緩慢。目前只有通過分塊來建立三維模型，最后合并成一整體模型，不失為一個好的選擇。通過在變電所三維模型建立中的研究應用，發(fā)現(xiàn)利用Cyclone軟件進行模型的整體合并是極其不方便的，在這里筆者提出了利用AutoCAD軟件進行最后的模型合并，效果很好。

(1)坐標軸旋轉原理

由于分塊建立模型的坐標系統(tǒng)不一致，要注意坐標的旋轉與移動。在2個同為左手系(或右手系)的三維直角坐標系旋轉中，通過連續(xù)旋轉3個坐標軸使旋轉坐標系的3個軸向與參考坐標系的軸向相一致。旋轉角的范圍為0°～360°。坐標系繞z軸旋轉C角后，可得到關系式:

式中R(C)為坐標系繞z軸旋轉C角的旋轉矩陣。同理可得，坐標系繞y軸旋轉B角、繞x軸旋轉A角的旋轉矩陣R(B)和R(A)。

(2)分塊模型合并的數(shù)學模型

分塊模型的空間旋轉，即將旋轉系Oxyz分別繞自身的3個坐標軸旋轉后，再將旋轉系的原點平移到參考系OXYZ的原點上。當考慮2種坐標系的尺度差時，需增加1個尺度因子。因此，根據(jù)以上主要過程可建立大轉角7個獨立參數(shù)模型。

該合并轉換模型包含3個平移參數(shù)X0，Y0，Z0，1個尺度參數(shù)μ和3個大角度旋轉參數(shù)A，B，C。通過大轉角轉換模型可以將旋轉系Oxyz中的三維模型點坐標(x，y，z)轉換到參考系OXYZ中。若旋轉的3個坐標軸次序為z軸、y軸、x軸，則由R(A)、R(B)和R(C)可得三維旋轉矩陣的一種具體形式:

R(A，B，C)可用方向余弦表示為[3]:

(3)分塊模型合并的AutoCAD軟件的解決方案

在野外數(shù)據(jù)采集時，考慮到三維坐標的轉換方便，儀器要求嚴格對中、整平，這就保證了不同站點的Z軸指向天頂?shù)?、是相互平行的。在分塊模型合并時，只要進行XY平面的旋轉與X、Y、Z三軸向的平移。大大簡化了Cyclone軟件三維坐標轉換的難度，通過AutoCAD軟件進行如下操作就可以達到分塊建模合并的要求。

①在模型Ⅰ、Ⅱ中分別找共有固定邊AB，并繞A把AB邊旋轉成水平狀態(tài)如圖1、圖2所示。

②模型Ⅰ沿X、Y兩軸向進行平移，使共有邊AB與模型Ⅱ中的AB邊在平面投影重合，結果如圖3所示。

③分塊模型Ⅰ、Ⅱ在Z軸向進行平移，結果使AB邊在模型空間重合如圖4所示。

圖1 模型Ⅰ中公共固定邊AB旋轉成水平

圖2 模型Ⅱ中公共固定邊AB旋轉成水平

圖3 模型Ⅰ、Ⅱ中公共固定邊AB在XY平面投影的重合

圖4 模型Ⅰ、Ⅱ中公共固定邊AB在Z軸向的平移結果

④最后導入Cyclone軟件，檢查三維模型空間，通過若干模型的尺寸數(shù)據(jù)與實體數(shù)據(jù)相對照，誤差均在5 cm以內(nèi)，符合變電所三維模型建立的精度要求如圖5所示。為后續(xù)基于三維模型平臺構建三維GIS查詢系統(tǒng)做好基礎。

圖5 Cyclone軟件中合并后的三維模型

3 結 論

實踐證明，通過Cyclone軟件與AutoCAD軟件的結合使用，巧妙地解決了Cyclone軟件應用于大容量三維模型建立時的不足；特別適合利用三維激光掃描儀進行變電系統(tǒng)數(shù)字化建設中所需的仿真三維模型建立，解決了普通測量手段在該領域中接觸式測量的局限性。

[1]董秀軍.三維激光掃描技術獲取高精度DTM的應用研究[J].工程地質學報，2007，15(3):428～432

[2]徐進軍，余明輝，鄭炎兵.地面三維激光掃描儀應用綜述[J].工程勘察，2008，12:31～31

[3]鄭德華.三維激光掃描儀影像拼接模型及試驗分析[J].河海大學學報:自然科學版，2005，33(4):466～471

Application of Cyclone Software and AutoCAD Software in Three Dimensional Laser Modeling Research

Yang Heng
(Highway Engineering Department，Nanjing Traffic and Vocational Technology School，Nanjing 211188，China)

As a new method，terrestrial 3D laser scanner can easily and quickly acquire the complex geometric data from buildings，objects and so on.It should be an innovation in this area because it changes the way of conventional surveying and data processing.Now，this method has been applied in various fields.This paper gives some abuses on the three dimensional laser scan technology's post－processing，and explores the cyclone software and the AutoCAD software's union application in the transformer substation three－dimensional model the establishment.

3D laser scanning；three－dimensional model；Point Cloud

1672－8262(2010)04－114－03

P209

B

2009—12—14

楊蘅(1975—)，女，講師，主要從事AutoCAD、公路工程專業(yè)教學與研究工作。