崔 鵬，任心怡

(1.遼寧科技學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004；2.沈陽(yáng)市勘察測(cè)繪研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110057)

點(diǎn)云是物理世界三維數(shù)字化的代表性表達(dá)形式，是認(rèn)知和理解物理世界的重要基礎(chǔ)[1]。點(diǎn)云具有高冗余、高密度、非結(jié)構(gòu)化等特點(diǎn)，如何將獲取的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成具有結(jié)構(gòu)和功能的三維地理信息是數(shù)字校園、數(shù)字城市等研究的主要問(wèn)題。文章應(yīng)用FARO Focus 350三維激光掃描儀對(duì)博聞樓室內(nèi)外進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件為T(mén)rimbleRealWorks，將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Revit構(gòu)建博聞樓三維模型，為數(shù)字化校園的建設(shè)提供一種思路和方法。

1 三維激光掃描技術(shù)原理

1.1 系統(tǒng)組成

地面三維激光掃描系統(tǒng)主要包括激光測(cè)距系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)和CCD相機(jī)系統(tǒng)[2]。掃描頭、控制器和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)三者構(gòu)成地面三維激光掃描儀。在三維激光掃描儀的控制器中，控制著距離測(cè)量和激光掃描，使其相互配合通過(guò)掃描頭完成對(duì)目標(biāo)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，最后將采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中。

1.2 掃描原理

當(dāng)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行三維掃描時(shí)，激光發(fā)射器發(fā)射激光脈沖通過(guò)多面反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而掃描整個(gè)目標(biāo)物體實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的激光掃描[3]，如圖1。

圖1 掃描原理

1.3 儀器介紹

本次采用FARO Focus 350三維激光掃描儀，該掃描儀器具有尺寸小、重量輕、掃描距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。掃描距離350 m，內(nèi)置HDR成像功能，可自定義設(shè)置掃描分辨率以便于適應(yīng)任何場(chǎng)景的數(shù)據(jù)采集，掃描速度高達(dá)976 000點(diǎn)/秒。

圖2 FARO Focus 350

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集與處理

基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用重疊度配準(zhǔn)拼接方法，所以在外業(yè)掃描時(shí)為獲得更好的點(diǎn)云效果與拼接精度，可以適當(dāng)縮短掃描距離增大點(diǎn)云間的重疊度，重疊度保證在30%以上。

2.1 室外點(diǎn)云獲取

從博聞樓西北角出發(fā)設(shè)為第1站，圍繞博聞樓按順時(shí)針?lè)较蛑鸩竭M(jìn)行設(shè)站掃描，總共架設(shè)11站，如圖3所示。

圖3 室外掃描

2.2 室內(nèi)點(diǎn)云獲取

從博聞樓正門(mén)開(kāi)始架站，逐層進(jìn)行采集，總共架設(shè)60余站。

圖4 大廳掃描

圖5 走廊掃描

圖6 房間掃描

2.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理

2.3.1 配準(zhǔn)拼接

將Focus 350導(dǎo)出的原始數(shù)據(jù)，格式為.fls，全部導(dǎo)入到TRW中，按步長(zhǎng)為1提取每測(cè)站點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在配準(zhǔn)模塊下，配準(zhǔn)拼接相鄰測(cè)站點(diǎn)云。拼接完成后可生成配準(zhǔn)報(bào)告，查看每測(cè)站之間、整體點(diǎn)云之間的誤差、重合度、可信度情況。

2.3.2 去噪與抽稀

在采集點(diǎn)云的過(guò)程中由于客觀條件的影響，噪聲的產(chǎn)生是不可避免的[4]。應(yīng)用TRW中裁剪盒和點(diǎn)云編輯工具手動(dòng)框選噪點(diǎn)進(jìn)行剔除。

剔除噪點(diǎn)后的純凈點(diǎn)云冗余度過(guò)高，導(dǎo)入Revit進(jìn)行建模時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的加載與處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。為了提高建模時(shí)的流暢度與工作效率，去噪后的純凈點(diǎn)云應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)某橄　?/p>

文中按步長(zhǎng)為5進(jìn)行點(diǎn)云抽稀，抽稀后導(dǎo)出.rtf格式的項(xiàng)目點(diǎn)云，通過(guò)ReCap轉(zhuǎn)換為.rcp格式，最后將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入Revit軟件中。

3 三維模型的構(gòu)建

3.1 模型重建

Revit軟件中的點(diǎn)云工具可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的可視化，并連接至BIM流程，方便模型制作[5]。在選擇建筑菜單中選擇墻構(gòu)件，進(jìn)行模型的構(gòu)建。根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)確定墻體構(gòu)件寬度和長(zhǎng)度并進(jìn)行拉取。門(mén)窗等的繪制應(yīng)注意類(lèi)型是否與實(shí)際相符，如找不到可選擇相同類(lèi)型的門(mén)窗，必須保證門(mén)窗洞口大小與點(diǎn)云數(shù)據(jù)所反映的大小相同。載入之后拉取好寬高后再布置到相應(yīng)的墻的位置(如圖7)。

圖7 博聞樓模型

3.2 紋理映射

為獲得最好的紋理效果，應(yīng)選用實(shí)際照片進(jìn)行貼圖。在貼圖前使用Photoshop對(duì)數(shù)碼像片進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，貼圖后效果(如圖8)。

圖8 紋理貼圖

4 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)三維激光掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)、去噪、抽稀等一系列點(diǎn)云處理，最后應(yīng)用Revit建立博聞樓實(shí)景三維模型。通過(guò)實(shí)景三維模型的漫游、屬性查詢等功能全面地展示與體現(xiàn)博聞樓的概況與特點(diǎn)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化校園打下良好基礎(chǔ)。