逆向工程在建筑物测绘中的应用

莫浩明，余泽煌，曾朝伟，梁东冬，余有明

广东工业大学华立学院，广东增城 511325

逆向工程在建筑物测绘中的应用

莫浩明，余泽煌，曾朝伟，梁东冬，余有明

广东工业大学华立学院，广东增城 511325

建筑物测绘是建筑行业领域中的一项重要内容。目前计算机信息技术的发展为建筑物测绘技术提供了更有力的技术支持，越来越多的建筑测绘软件被应用在工程实践中，如三维扫描技术、激光测距仪等。但是在建筑室内装饰领域，运用现有的三维扫描仪进行建筑物测绘，会增加一些不必要的计算量，影响测绘软件的使用效率。本文从逆向工程的原理和数据获取方法入手，结合工程实例阐述了其在建筑物测绘中的运用，以供参考。

逆向工程；测量；建模

在现代建筑物测绘技术中，三维扫描技术和激光技术是两种常见的测绘技术，与传统皮尺测量相比，这些现代测绘技术极大的减轻了测绘人员的作业量，提高了测绘效率。但是在实际的建筑物测量中，不同的测绘作业对测绘技术的要求不同，对于建筑室内测绘来讲，现有的测绘技术还有改进空间。以下本文就从逆向工程的角度出发，探析逆向技术在建筑物测绘中的应用。

1 逆向工程测量数据获取技术

1.1 接触式测量

主要是依靠物理接触所测物品来实现数据的采集工作，其常用的扫描方式从小到大依次是点、线、面扫描，为缩短检测时间，尽量选择较小的样本，以减少误差。

1.2 非接触式测量

具体的测量方法有以下几种：激光线结构光扫描测量技术、投影光栅测量技术、计算机断层扫描技术和立体视觉测量技术等。

2 实际施工中的测量技术

作为三坐标测量机在逆向工程应用中发展成为实物外形数字化的主要设备，但存在测量速度慢，需要进行测头半径补偿。由于测球总是有一定的半径r，测量点连线为平面曲线，所以应对测量数据进行测头补偿，并可以用一定的解析函数表示。采用一种二维自动补偿方法，简化了补偿计算，测量软件将自动从接触点沿着测量逼近方向回退一个测头半径值，CMM测量程序都具有实时补偿功能；另外，三点共圆法补偿假设在曲线、曲面上测得n个点，先测量被测表面，得到测头中心的数据，当3点连续的曲线段很小时，可用作图的方法，求得包络线来得到实际曲线。

3 系统软、硬件控制

测头系统是坐标测量机的探测瞄准系统，坐标测量机在三个方向作正交直线运动，直线和圆弧是构成空间曲线的基本要素。

自由曲面的测量通畅是在截面上进行，点位测量是由人工操作或计算机控制，连续扫描探测是测头沿被测物体表面按照预先确定的速率运动，而扫描测量精度一般低于点位测量的精度，这种方式中摩擦力较小，并自动获取测量数据的一种测量模式。测量未知曲面还可以采用自学习的方法，调用已生成的程序事项自动测量，编制曲面的测量程序。要实现方案合理，简便易行，性能可靠。

4 应用实例分析

本文笔者运用逆向技术，对目前测绘领域中常用的三维扫描技术进行了改进，实现了新三维扫描仪产品再现，在实验中，该测绘技术在建筑物测量中取得了很好的测量效果。具体实验过程如下。

4.1 实验环境

对本系统测量与建模的精度进行探究，为此搭建了一个4m×4m×2m简易房间模型。其中，scan_data. dat用来文件储存扫描获得的距离、角度等数据，img_ deal.exe是图像处理程序，通过读取scan_data.dat文件进行处理后，生成MaxScript脚本文件local_data. ms，脚本文件会保存在3dsmax安装路径的*/Scripts/ Startup文件夹中，让3ds max软件开启时便能够自动读取脚本文件，来实现三维模型建立与输出。

4.2 实验流程

1）放置好数据采集平台，准备开始数据采工作。

2）将设备硬件与平板电脑连接好

3）在平板电脑上启动测量程序，设备硬件运行持续约20s，之后程序会继续运行约10s，直至计算完成。

4）对采集回的数据进行数据处理，并生成3ds Max脚本文件。

5）执行脚本文件，检查数据。

4.3 模型输出

根据生成的脚本文件，自动生成了三维模型(如图1所示)。（输出模型单位：mm）

图1 模型输出

4.4 模型分析

不同于市面上的三维扫描仪输出的点云，由于自动测绘与建模仪面向的是大片面为主的建筑物，所以算法处理是以面为基本单位的，得出的模型也是由若干面组成，这样的好处是忽略掉墙面毛糙的细小凹凸，不但极大减轻算法处理的压力，还免去了后期处理点云模型的压力，模型直接可用。

4.5 对比分析

为了验证本测绘方法的准确性，本实验还进行了对比测量分析。即用传统皮尺测量、高精度的手持激光测距仪以及自动测绘建模仪分别进行4次测量，并对平均值进行分析（如表1所示）。

TU19

A

1674-6708（2015）150-0090-01