一种基于三维激光点云建模的技术方案

史少维，李玉富，王瑞忠，李志宽，侯少聪，李 岩，靳振士

(北京东方新星石化工程股份有限公司(BNEC)，北京 100070)

一种基于三维激光点云建模的技术方案

史少维，李玉富，王瑞忠，李志宽，侯少聪，李 岩，靳振士

(北京东方新星石化工程股份有限公司(BNEC)，北京 100070)

随着数字化城市建设的推进，大规模建筑物需要完成三维模型的工作，传统根据全站仪采集数据制作模型的方法效率低下，特别是针对复杂建筑、煤化厂、炼化厂等厂区装置进行建模，显得更加困难。本文提出了利用三维激光仪扫描点云数据进行三维建模的方案，可以大大缩短外业数据采集的时间，减少外业工作量。

三维激光；点云数据；Autodesk ReCap；三维建模；3ds Max

三维建模的常规做法是利用全站仪测量二维地形矢量CAD底图，并采集建筑物的特征点高程数据，根据CAD底图和高程数据在3ds Max中进行建模、贴图等操作来制作三维模型。外业采集数据效率低下，全站仪一站测点数据量有限，对于大规模范围建模的项目，会耗费大量的人力物力。

随着三维激光扫描仪技术的发展，三维激光仪应用范围越来越广，其具有扫描数据方便快捷高效的特点，本文提出利用三维激光仪采集点云数据，根据点云数据来进行三维建模的方案，探索将点云数据加载到3ds Max中进行建模的方法，从而减少外业和内业的工作量，提高作业效率。

1 建模方案设计

本文的整体思路是采用三维点云数据进行建模，对点云数据进行处理，导入到现有的成熟的三维建模软件3ds Max中，进行三维建模。

以点云数据作为建模的参考依据，点云数据不仅包含空间三维信息，还包含影像色彩信息，能够更加全面地反映实体，使得建模更加直观、更加精准。

3ds Max作为专业级建模软件，可以精准地制作复杂模型。为满足三维激光点云数据的应用需求，在2015以上版本增加了加载及处理点云数据的功能模块，为高效利用点云数据制作大规模复杂模型的方案提供了软件支持。

(1) 进行外业点云数据采集，对采集的原始数据进行滤波、拼接、平差处理，得到点云数据模型。

(2) 为将点云数据导入3ds Max软件中，需要对点云数据模型进行格式转换，在Autodesk ReCap软件中加载点云模型，进行裁剪切割，保留目标区域的点云模型，进行格式转换导出。

(3) 将点云数据模型加载到3ds Max进行建模、贴图，导出应用平台需要的三维模型格式文件。

(4) 将三维模型导入到应用平台上进行浏览、操作等。

建模方案设计流程如图1所示。

2 建模主要步骤

2.1 三维激光点云数据采集

本文采用的是Z+F三维激光扫描仪，它可以进行免棱镜采集，且具有采集数据快、相同区域内的建筑物采集架设站数较少的特点。相较于激光扫描仪来说，全站仪人工参与太多，一站需要采集的特征点数太多，一站所需要的时间长。采集之前要设计扫描站点、扫描路线，保证建筑物的信息被完整采集，通过多站扫描，将数据整合到一个独立坐标系，得到完整的三维激光点云数据。

图1 方案设计流程

2.2 点云数据预处理

利用点云后处理软件LaserControl进行滤波，通过距离或矩形滤波保留目标区域内的数据，将不需要的周围非目标点云清除掉。

多站采集的数据需要进行拼接，点云预处理软件具有面拼接功能，使得在外业采集数据时可以不摆设任何标靶，将两站之间重叠区域的点云数据进行拼接，通过识别非常细小的公共面保证了点云数据的拼接精度，将采集的目标建筑群形成准确清晰的点云模型。

拼接处理后的点云模型如图2所示。

图2 拼接的点云数据模型

2.3 在Autodesk ReCap中进行切割格式转换

三维激光扫描仪采集的原始数据由LaserControl软件预处理后导出的数据格式为XYZ，3ds Max软件加载的点云数据格式为RCP或RCS格式，因此需要在Autodesk ReCap软件中进行格式转换。

将三维激光点云数据加载到软件中，可以打开顶视模式进行浏览，利用裁剪工具选择非目标建筑物的点云进行删除，保留目标建筑物的有效点云，在该步骤中裁剪不会影响原始点云数据，裁剪处理后保留的数据存为新的点云数据，将其导出存为RCP或RCS格式文件即可。

图3 Autodesk ReCap处理点云数据

2.4 在3ds Max中制作三维模型

在Autodesk ReCap软件中对拼接的整体点云数据进行目标范围选择，选择要建模的单个建筑物的点云数据进行单独保存，以便使在3ds Max中加载的点云数据操作流畅；同时为了将做好的三维模型加载在平台中显示，需要将三维模型的左下角平移到坐标原点的位置，避免模型远离坐标原点，出现加载到三维应用平台时找不到模型的问题。

在3ds Max中制作模型的操作步骤包括：①加载点云数据(RCP或RCS格式)；②使用限制框功能锁定目标点云；③依据目标点云进行建模；④对模型进行贴图、渲染；⑤导出模型，适用于三维应用平台的文件格式。

点云数据在3ds Max中建模的主要操作步骤如图4—图7所示。

图4 点云模型导入

图5 限制框锁定目标点云

图6 目标点云建模

图7 模型贴图渲染

3 模型应用效果

在3ds Max 2016中进行贴图渲染做出三维模型之后，需要导出在三维平台中的数据格式，本文项目使用的是Skyline平台，需要X文件格式，在3ds Max上安装支持导出X格式的第三方插件。

点云数据采集的是实际的坐标数据，扫描的建筑物是实际大小，在平台显示时根据平台地形图比例尺设置相应的显示比例尺，与平台的比例尺要统一。将模型导入Skyline三维平台进行展示，按照建筑物的实际坐标进行放置，设置与平台统一的比例尺，效果如图8所示。

图8 模型应用到Skyline平台

4 结 语

本文设计了利用点云数据进行三维建模的方案，通过项目进行了实践，具有可行性。对于大规模范围的复杂建筑和复杂厂区装置，相比于传统的全站仪测图建模，利用三维激光点云数据进行建模的方法具有数据采集高效、点云数据导入3ds Max进行建模更加方便直观快捷的优势。

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A Modeling Technical Scheme Based on 3D Laser Point Cloud

SHI Shaowei，LI Yufu，WANG Ruizhong，LI Zhikuan，HOU Shaocong，LI Yan，JIN Zhenshi

(Beijing New Oriental Star Petrochemical Engineering Co.Ltd., Beijing 100070， China)

With the development of digital city construction, large- scale buildings need to build 3D models. The traditional method of total station is very difficult, especially for the complex modeling construction, coal plant, refinery equipments and so on. In this paper, a 3D modeling method of 3D laser point cloud data is proposed, which can greatly shorten the time of data collection and reduce the workload.

3D Laser; point cloud data; Autodesk ReCap; 3D modeling; 3ds Max

2016- 07- 13 作者简介： 史少维(1986—)，男，硕士，工程师，主要从事数据库、三维GIS应用与开发方面的工作。E- mail：shishaoweivc@126.com

史少维,李玉富,王瑞忠,等.一种基于三维激光点云建模的技术方案[J].测绘通报，2017(3)：83- 85.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0090.

P237

A

0494- 0911(2017)03- 0083- 03