三維激光掃描儀點云數(shù)據(jù)在AutoCAD中的處理

陳琳

摘 要：筆者詳細介紹了從Cyra三維激光掃描系統(tǒng)取得了點云數(shù)據(jù)之后，通過靈活運用AutoCAD處理的過程，坐標(biāo)校正以及進行三維建模的有效方法和技術(shù)技巧，根據(jù)實際經(jīng)驗歸納總結(jié)了AutoCAD在三維建模中的優(yōu)勢，并對一些問題提出了解決方案。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描系統(tǒng)；AutoCAD；三維建模

前言：隨著科學(xué)的不斷創(chuàng)新，新技術(shù)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，給人們的生產(chǎn)、生活帶來了翻天覆地的變化。由此可見，三維激光掃描技術(shù)是信息時代的偉大產(chǎn)物。三維激光掃描技術(shù)是快速取得空間數(shù)據(jù)得快捷方式，此項先進技術(shù)不但能夠直接反映客觀物體的實時性，而且還能夠反映其動態(tài)性和真實形態(tài)特征。其實3D激光掃描儀本身也是能夠進行數(shù)據(jù)處理的，但是費用太過龐大，成本造價太高，此外，還需要其他專業(yè)軟件配合使用。然而，AutoCAD不僅具有強大的圖形功能，而且還具備二次開發(fā)能力。因此，相關(guān)技術(shù)人員考慮在AutoCAD平臺上實現(xiàn)三維激光掃描數(shù)據(jù)處理軟件的開發(fā)利用。再次基礎(chǔ)上，特殊數(shù)據(jù)處理軟件也可以基于特殊要求和應(yīng)用程序形成。

1.AutoCAD中的三維點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)

1.1AutoCAD中的掃描點云數(shù)據(jù)處理

三維激光掃描儀收集數(shù)據(jù)一文件格式轉(zhuǎn)換一在CAD中連接線框一對線框圖進行修整一在裁剪圖上繪制三維實體模型陰影渲染。Cyra數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：收集空間對象的三維點云數(shù)據(jù)主要是利用Cyra三維激光掃描系統(tǒng)完成，在Cyclone軟件環(huán)境中優(yōu)化完善三維點云數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)進行DXF通用交換格式，進而傳輸?shù)紸utoCAD軟件中執(zhí)行下一步數(shù)據(jù)處理。為了能夠更好地捕捉點云地圖提供的三維點，可以提取三維特征點的坐標(biāo)并輸出到文本文檔的形式。在Cyclone軟件下完成了提取工作。AutoCAD中的數(shù)據(jù)處理具體步驟如下：

在AutoCAD中，我們根據(jù)計算機處理的速度，打開點云數(shù)據(jù)文件，并將其劃分成最佳大小，分開處理完成。再充分利用外部調(diào)入功能或CAD的插入，使四幅圖片可以完整地組合在一起。

調(diào)入數(shù)據(jù)。相關(guān)人員通過使用AutoCAD工具菜單中加載應(yīng)用程序，將編入的特征點程序傳遞AutoCAD，并將程序收集的特征點轉(zhuǎn)換為編輯文件；

通過參照特征點和掃描點云數(shù)據(jù)情況繪制出線框。所需的圖層必須繪制完成，同時需要清晰有序。設(shè)計師在繪制建筑物的框圖時，利用三維多義線連接三維數(shù)據(jù)點掃描。需要小心渲染的部分可以在點云數(shù)據(jù)中捕獲。繪制等高線，使其不規(guī)則的部位根據(jù)實際圖形進行修剪，必須保證符合實際情況。

1.2在解決方案和數(shù)據(jù)處理時遇到的問題

靈活地運用UCS軟件來校正掃描數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系：由于3D激光掃描系統(tǒng)有其特殊的掃描坐標(biāo)系，在AutoCAD中并不能達到WCS的要求，技術(shù)人員可以通過使用新定義一個坐標(biāo)系的方式來滿足繪圖多方面需求，使用AutoCAD軟件中所提供的UCS功能來校正它。

靈活地使用了基本的命令，如對象捕獲、繪圖和修改。在三維多義線，表面填充和渲染功能是不允許的。在處理時，需要將不能填充的線轉(zhuǎn)換成可以填充并繪制線框的線性形式。

1.3Cyra數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

收集空間目標(biāo)的三維點云數(shù)據(jù)是通過Cyra三維激光掃描系統(tǒng)取得的。利用Cyclone軟件，

改良三維點云數(shù)據(jù)，之后再將點云數(shù)據(jù)保存為*的格式。DXF通用交換格式被傳輸?shù)紸utoCAD進行妥善處理。為了能夠捕捉由點云圖提供的三維點，提取三維特征點的坐標(biāo)，并將它們輸出到文本文檔的形式。在Cyclone軟件下完成了提取工作。

2.數(shù)據(jù)處理中的問題與對策

2.1校正掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)

1）采用三點式建立UCS，按照實際所需要的方向，確立X、Y、Z軸。

2）在UCS設(shè)置對話框中，將其重新命名為新的UCS，并且設(shè)置為當(dāng)前，選擇正交UCS選項，從而將新的UCS作為參考坐標(biāo)系以完成校準(zhǔn)。

2.2準(zhǔn)確地使用基本命令程序，如對象捕捉、繪圖、修改等。

在三維多義線中，不允許操作面域填充以及渲染等功能。當(dāng)進行處理時，需要將不能填充的線轉(zhuǎn)換成可以填充的線型。

3三維建模需要在AutoCAD環(huán)境下確立完成

3.1建立三維建模同時解析模型的結(jié)構(gòu)

確立好創(chuàng)建模型的整個流程，頭腦清醒，才能更有利繪制圖紙。分解要繪制的實體，創(chuàng)建一個簡單的三維模型，然后將其組合在一起。然后使用各種實體編輯命令，如拉伸旋轉(zhuǎn)來編輯。在繪制實體的過程中常會應(yīng)用到許多命令程序，如三維陣列、三維旋轉(zhuǎn)等等。通過三維數(shù)組繪制窗體，進而準(zhǔn)確把握數(shù)組的行，列和圖層的特定偏移量，以便繪制其他窗體。

因此，我們需要熟練地使用布爾運算，最常用的工具來創(chuàng)建三維實體，以獲得必要的組合。實體菜單中的干擾命令是在墻上空洞的好方法。表面工具可以用來編輯對滴管的表面。整體渲染完成以后，相關(guān)實體可以合并為一個完整的實體。

3.2靈活使用多視圖、UCS和3DVIEW

在這個步驟中，UCS也是非常重要的。在三維空間中更改2個不同的UCS可以輕松使用二維繪圖命令來建立與要繪制對象連接的表面上的用戶坐標(biāo)，從而使目標(biāo)實體更容易繪制；在三維空間中，UCS用于統(tǒng)一用戶坐標(biāo)系和現(xiàn)有幾何體，因此更容易標(biāo)記三維空間點的位置。

3.3著色和渲染

材料顏色是模型表面附著材料中最為重要部分之一。數(shù)碼照片可以通過多種方式從不同的角度和方面獲得。在相應(yīng)的繪圖工具中提取材料，并在材料對話框中構(gòu)建材料。相應(yīng)的材料被分配給實體模型，然后材料被遮蔽。這里應(yīng)注意的問題是在繪制工具中調(diào)整坐標(biāo)指令中的拾取平面或拾取點命令，其中渲染角度不符合實際情況。渲染效果如圖3-1所示，著色效果如圖3-2所示。

3.4生成三視圖

在繪制新建筑物實體模型后，求出各角度透視圖以及投影圖，并輸出相應(yīng)模式，分配給各個相關(guān)部門。生成三視圖方法手段很多。筆者結(jié)合自身實際工作經(jīng)驗，介紹一種較為實用的方法：

1）在新的建筑物的實體地圖模型空間中建立框架層并將其設(shè)置到當(dāng)前層。

2）將立體圖從模型空間轉(zhuǎn)換為繪圖空間，并刪除模型畫板中的軸承塊立體圖。

3）在命令行鍵Mview命令中，創(chuàng)建4個Windows視圖。

4）單擊要查找的視圖的“查看”命令

5）技術(shù)人員通過點擊縮放命令確定四個視圖的比例尺。假使視圖未對齊，則可以使用mvsetup命令對其進行微調(diào)整，以實現(xiàn)“主俯視圖長對正，俯左視圖寬相等，主左視圖高平齊”的關(guān)系。

6）使用Ucsicon命令依次關(guān)閉坐標(biāo)圖標(biāo)

7）關(guān)閉設(shè)置層以隱藏三視圖中的幀，得到三視圖和無邊界的立體圖像，然后在原始地圖中標(biāo)記三視圖的尺寸大小。

結(jié)束語

綜上所述，如今，在測量領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛使用三維激光掃描技術(shù)，在AutoCAD的點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)下，它將拓寬大規(guī)模點云數(shù)據(jù)的三維建模和利用空間。作者簡要介紹了Cyra 三維激光掃描系統(tǒng)在AutoCAD中獲取點云數(shù)據(jù)的過程。最后，生成建筑物的三維實體模型。討論了AutoCAD中點云數(shù)據(jù)的處理方法，為保護和原型重建提供了新途徑。

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（作者單位：江西省基礎(chǔ)地理信息中心）