利用Microstation软件的建筑物三维建模

汪秋玲 姚淑婷 谢宏全 芦斌 孙建宇 李培显

摘  要：利用多种软件研究建筑物三维模型建立具有重要的应用意义。选取江苏海洋大学苍梧校区内化工楼东侧实验室作为研究对象，利用徕卡C10三维激光扫描仪获取激光点云数据，Cyclone软件完成数据预处理，采用Microstation软件进行三维建模。研究结果表明：利用Microstation软件建立建筑物三维模型的技术方法是可行的，效果上具有直观、准确、可靠的特点。

关键词：点云  Cyclone  建筑物  Microstation  建模

中图分类号：TV632    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（a）-0009-02

随着测绘科学技术的快速发展，三维激光扫描测量技术在各工程应用领域得到了广泛应用。近年来，国内一些学者利用三维激光扫描技术进行建模的方法进行了相关研究，主要有：马娟[1]采用3DS Max软件对昆明某校校务大楼进行了三维建模;张会霞等[2]以中国矿业大学学十楼及科技会堂为对象，利用Cyclone6.0软件进行三维建模;徐克红等[3]研究表明Microstation软件，可以建立高精度的建筑物模型。建模的软件种类相对较多，不同软件的建模对象各有特点。利用Microstation软件进行建筑物三维建模研究具有一定的应用意义。

1  激光点云数据获取

依据研究需要，选择江苏海洋大学苍梧校区内化工楼东侧实验室作为研究对象，周围树木杂草较少且大小适中的建筑物。

该研究数据获取采用测绘与海洋信息学院实验室拥有的徕卡C10扫描仪，依据扫描对象周围环境，结合仪器性能拟采用全站仪导线法进行外业扫描。為保证获取完整的建筑物数据，设置了5个测站和一个后视点，确保相邻两测站间能通视，导线布设示意图如图1所示。

此次扫描主要步骤：依次在5个测站上安置仪器（对中与整平，见图2），建立独立坐标系（假定A点坐标，AB的坐标方位角），扫描前视与后视的球形标靶（见图3），每个测站上设定合适的矩形扫描范围，扫描分辨率设置为2cm。全部完成后导出数据到U盘。

2  激光点云数据预处理

此次研究内业数据预处理的硬件是联想图形工作站，软件是仪器随机配备的Cyclone8.0，激光点云数据的预处理主要包括点云数据的拼接、去噪与均一化。点云数据拼接的目的是将5站扫描的区域数据拼接成一个建筑物整体，将数据导入Cyclone软件，可以自动完成。点云数据去噪的目的是将建筑物以外的冗余点云数据进行删除，利用Cyclone软件中提供的删除点云工具，只保留建筑物。点云数据均一化的主要目的是在保证点云数据质量的前提下降低数据量（文件的字节数），利用软件提供的“Unify Clouds”命令，点云间隔数值设置为0.020m。完成处理后导出*.pts格式的文件以备在Microstation软件中做三维建模处理。

3  建立三维模型

为了能够更加真实直观地展示点云数据，使用Microstation软件对采集的三维激光点云数据进行模型建立[4]。为了视觉上方便建立模型，把模型的颜色改为灰色;将激光点云数据转换到顶视图，在顶视图模式下绘制建筑物顶部的轮廓。在绘制顶部轮廓时并未考虑绘制时的深度，在左视图模式下所绘制的轮廓并不在实验室的顶部，选择“Move”工具将绘制的轮廓移动到实验室的顶部;选择“Solid by Extrution”工具，选中顶部轮廓挤压至实验室底部，实验室主体三维模型绘制完成（如图4）。

实验室细节绘制，首先定义ACS坐标系，在顶视图模式下，选择“SmartLine”工具，按照房檐形状绘制矩形。其次将视图转换为轴侧视图，观察到所绘制的矩形不贴合实体房檐，将视图切换为右视图，选择“Move”工具，将房檐移动至实际位置，再使用“Solid by Extrution”工具选中房檐上方轮廓挤压至房檐下方，绘制房檐三维实体。最后以同样的方法绘制台阶等其他细节，完成实验室白模创建。

4   纹理映射及渲染

为了体现模型的真实感，得到更好的可视化效果，在Microstation软件中对创建的模型进行纹理映射。首先新建调色板，然后新建材质，选择纹理的位置，单击需要映射纹理的墙面（见图5），将采集到的北侧墙体影像粘贴到模型表面得到模型北侧墙体（见图6）。同上完成其他面墙体及细节的纹理映射，使其成为具有真实纹理的三维模型。

纹理映射完成后，对模型进行渲染。选择渲染设置模板，设置日期及时间，点击“Begin Luxology Render”，渲染整个实验室场景，完成最终的3D模型（见图7）。

5  结语

利用Microstation软件建立了试验对象的三维模型，软件界面友好，控制灵活，三维模型建立、纹理映射、着色渲染等功能齐全，操作快捷简便，得到的三维模型直观、准确、可靠。使用数码相机获取建筑物墙体相片，利用Microstation软件对建立的模型进行纹理映射，得到具有真实质感的模型。

参考文献

[1] 马娟.基于地面三维激光扫描系统的校园建筑物建模研究[J].昆明冶金高等专科学校学报，2013，29（3）：55-59.

[2] 张会霞，陈宜金，刘国波.基于三维激光扫描仪的校园建筑物建模研究[J].测绘工程，2012，19（1）：32-34.

[3] 徐克红，王赫.三维激光扫描点云数据在CloudWork for Microstation下的处理[J].北京测绘，2015（3）：72-74.

[4] 南竣祥，梁爽，李海泉，等.一种基于三维激光扫描技术的快速建模方法[J].测绘通报，2017（10）：137-139.