逆向工程在建筑物測(cè)繪中的應(yīng)用

莫浩明，余澤煌，曾朝偉，梁東冬，余有明

廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院，廣東增城 511325

逆向工程在建筑物測(cè)繪中的應(yīng)用

莫浩明，余澤煌，曾朝偉，梁東冬，余有明

廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院，廣東增城 511325

建筑物測(cè)繪是建筑行業(yè)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展為建筑物測(cè)繪技術(shù)提供了更有力的技術(shù)支持，越來(lái)越多的建筑測(cè)繪軟件被應(yīng)用在工程實(shí)踐中，如三維掃描技術(shù)、激光測(cè)距儀等。但是在建筑室內(nèi)裝飾領(lǐng)域，運(yùn)用現(xiàn)有的三維掃描儀進(jìn)行建筑物測(cè)繪，會(huì)增加一些不必要的計(jì)算量，影響測(cè)繪軟件的使用效率。本文從逆向工程的原理和數(shù)據(jù)獲取方法入手，結(jié)合工程實(shí)例闡述了其在建筑物測(cè)繪中的運(yùn)用，以供參考。

逆向工程；測(cè)量；建模

在現(xiàn)代建筑物測(cè)繪技術(shù)中，三維掃描技術(shù)和激光技術(shù)是兩種常見(jiàn)的測(cè)繪技術(shù)，與傳統(tǒng)皮尺測(cè)量相比，這些現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)極大的減輕了測(cè)繪人員的作業(yè)量，提高了測(cè)繪效率。但是在實(shí)際的建筑物測(cè)量中，不同的測(cè)繪作業(yè)對(duì)測(cè)繪技術(shù)的要求不同，對(duì)于建筑室內(nèi)測(cè)繪來(lái)講，現(xiàn)有的測(cè)繪技術(shù)還有改進(jìn)空間。以下本文就從逆向工程的角度出發(fā)，探析逆向技術(shù)在建筑物測(cè)繪中的應(yīng)用。

1 逆向工程測(cè)量數(shù)據(jù)獲取技術(shù)

1.1 接觸式測(cè)量

主要是依靠物理接觸所測(cè)物品來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集工作，其常用的掃描方式從小到大依次是點(diǎn)、線、面掃描，為縮短檢測(cè)時(shí)間，盡量選擇較小的樣本，以減少誤差。

1.2 非接觸式測(cè)量

具體的測(cè)量方法有以下幾種：激光線結(jié)構(gòu)光掃描測(cè)量技術(shù)、投影光柵測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)和立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)等。

2 實(shí)際施工中的測(cè)量技術(shù)

作為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在逆向工程應(yīng)用中發(fā)展成為實(shí)物外形數(shù)字化的主要設(shè)備，但存在測(cè)量速度慢，需要進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償。由于測(cè)球總是有一定的半徑r，測(cè)量點(diǎn)連線為平面曲線，所以應(yīng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)頭補(bǔ)償，并可以用一定的解析函數(shù)表示。采用一種二維自動(dòng)補(bǔ)償方法，簡(jiǎn)化了補(bǔ)償計(jì)算，測(cè)量軟件將自動(dòng)從接觸點(diǎn)沿著測(cè)量逼近方向回退一個(gè)測(cè)頭半徑值，CMM測(cè)量程序都具有實(shí)時(shí)補(bǔ)償功能；另外，三點(diǎn)共圓法補(bǔ)償假設(shè)在曲線、曲面上測(cè)得n個(gè)點(diǎn)，先測(cè)量被測(cè)表面，得到測(cè)頭中心的數(shù)據(jù)，當(dāng)3點(diǎn)連續(xù)的曲線段很小時(shí)，可用作圖的方法，求得包絡(luò)線來(lái)得到實(shí)際曲線。

3 系統(tǒng)軟、硬件控制

測(cè)頭系統(tǒng)是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探測(cè)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在三個(gè)方向作正交直線運(yùn)動(dòng)，直線和圓弧是構(gòu)成空間曲線的基本要素。

自由曲面的測(cè)量通暢是在截面上進(jìn)行，點(diǎn)位測(cè)量是由人工操作或計(jì)算機(jī)控制，連續(xù)掃描探測(cè)是測(cè)頭沿被測(cè)物體表面按照預(yù)先確定的速率運(yùn)動(dòng)，而掃描測(cè)量精度一般低于點(diǎn)位測(cè)量的精度，這種方式中摩擦力較小，并自動(dòng)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)的一種測(cè)量模式。測(cè)量未知曲面還可以采用自學(xué)習(xí)的方法，調(diào)用已生成的程序事項(xiàng)自動(dòng)測(cè)量，編制曲面的測(cè)量程序。要實(shí)現(xiàn)方案合理，簡(jiǎn)便易行，性能可靠。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

本文筆者運(yùn)用逆向技術(shù)，對(duì)目前測(cè)繪領(lǐng)域中常用的三維掃描技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了新三維掃描儀產(chǎn)品再現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)中，該測(cè)繪技術(shù)在建筑物測(cè)量中取得了很好的測(cè)量效果。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

對(duì)本系統(tǒng)測(cè)量與建模的精度進(jìn)行探究，為此搭建了一個(gè)4m×4m×2m簡(jiǎn)易房間模型。其中，scan_data. dat用來(lái)文件儲(chǔ)存掃描獲得的距離、角度等數(shù)據(jù)，img_ deal.exe是圖像處理程序，通過(guò)讀取scan_data.dat文件進(jìn)行處理后，生成MaxScript腳本文件local_data. ms，腳本文件會(huì)保存在3dsmax安裝路徑的*/Scripts/ Startup文件夾中，讓3ds max軟件開(kāi)啟時(shí)便能夠自動(dòng)讀取腳本文件，來(lái)實(shí)現(xiàn)三維模型建立與輸出。

4.2 實(shí)驗(yàn)流程

1）放置好數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，準(zhǔn)備開(kāi)始數(shù)據(jù)采工作。

2）將設(shè)備硬件與平板電腦連接好

3）在平板電腦上啟動(dòng)測(cè)量程序，設(shè)備硬件運(yùn)行持續(xù)約20s，之后程序會(huì)繼續(xù)運(yùn)行約10s，直至計(jì)算完成。

4）對(duì)采集回的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并生成3ds Max腳本文件。

5）執(zhí)行腳本文件，檢查數(shù)據(jù)。

4.3 模型輸出

根據(jù)生成的腳本文件，自動(dòng)生成了三維模型(如圖1所示)。（輸出模型單位：mm）

圖1 模型輸出

4.4 模型分析

不同于市面上的三維掃描儀輸出的點(diǎn)云，由于自動(dòng)測(cè)繪與建模儀面向的是大片面為主的建筑物，所以算法處理是以面為基本單位的，得出的模型也是由若干面組成，這樣的好處是忽略掉墻面毛糙的細(xì)小凹凸，不但極大減輕算法處理的壓力，還免去了后期處理點(diǎn)云模型的壓力，模型直接可用。

4.5 對(duì)比分析

為了驗(yàn)證本測(cè)繪方法的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)還進(jìn)行了對(duì)比測(cè)量分析。即用傳統(tǒng)皮尺測(cè)量、高精度的手持激光測(cè)距儀以及自動(dòng)測(cè)繪建模儀分別進(jìn)行4次測(cè)量，并對(duì)平均值進(jìn)行分析（如表1所示）。

TU19

A

1674-6708（2015）150-0090-01