基于多軟件處理的三維數(shù)據(jù)精細(xì)化建模研究

石 磊 謝峰震 張獻(xiàn)偉 胡藝博

(新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊830023)

三維掃描技術(shù)在建筑建模,精細(xì)化處理,地形測(cè)繪,逆向工程中廣泛的應(yīng)用，三維掃描儀可直接獲取物件的三維數(shù)據(jù)，并且三維數(shù)據(jù)具有高精度的特點(diǎn)，因此在逆向工程即使沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙或者設(shè)計(jì)圖紙不完整的情況下，我們將采集到的三維數(shù)據(jù)利用軟件和各種技術(shù)手段，還原物件原本的模型，并且經(jīng)過(guò)三維掃描儀獲得的高精度數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行工業(yè)造型的完善，采用三維掃描技術(shù)，同時(shí)配合強(qiáng)大的后期處理軟件，如SCENE、cloud compare 等點(diǎn)云處理軟件，操作得當(dāng)可大大收縮設(shè)計(jì)周期，降低應(yīng)用成本。

利用三維掃描進(jìn)行建模和模型處理中,從掃描儀得到的數(shù)據(jù)到軟件的處理、加工到建立模型過(guò)程中,數(shù)據(jù)處理的銜接、精細(xì)化處理、貼圖和細(xì)縫拼接,以及在此過(guò)程中利用那種軟件比較合適是比較難以解決的。本文就從數(shù)據(jù)的獲取到加工處理得到最終的成果進(jìn)行論述,從而得到較合適的流程。

1 軟件設(shè)備準(zhǔn)備

1.1 儀器設(shè)備選擇

采用FARO(Focus3D)作為外業(yè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備,選取采用的主要參考精度指標(biāo)如表1。

表1 選用設(shè)備主要參考的精度指標(biāo)

1.2 選用軟件

根據(jù)數(shù)據(jù)處理流程和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)要求, 選取的以下幾種軟件,并考慮功能應(yīng)用方面不同,具體如表2。

表2 采用軟件主要應(yīng)用

2 數(shù)據(jù)采集

2.1 場(chǎng)地選擇

選取控制已經(jīng)做好的一棟建筑物,建筑物3 層,層高3.5m,四周遮擋較少,在數(shù)據(jù)處理時(shí)便于數(shù)據(jù)的剔除和篩選;選取的建筑物4 站可測(cè)完。

2.2 數(shù)據(jù)采集

采集流程為: 踏勘現(xiàn)場(chǎng)→編制掃描實(shí)施方案→掃描準(zhǔn)備及檢查(設(shè)備、電源、拼接標(biāo))→選擇掃描區(qū)域→開(kāi)始擺放靶球和靶紙→架設(shè)腳架安置掃描儀→設(shè)置掃描參數(shù)→開(kāi)始測(cè)量→外業(yè)數(shù)據(jù)檢查→數(shù)據(jù)導(dǎo)出備份。其中進(jìn)行掃描的實(shí)施方案應(yīng)該包括聯(lián)測(cè)的計(jì)劃、選定掃描站點(diǎn)的位置和掃描時(shí)的設(shè)定及定位的方式和方法、每個(gè)掃描站上應(yīng)該掃描上的目標(biāo)。并且實(shí)施方案中還要包括掃描工作的流程、供給的方案、人員的配備等。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理所用軟件的先后順序?yàn)?SCENE→CloudCompare→AutodeskRecap→3DMax→Photoshop→3DMax。

3 數(shù)據(jù)成果

3.1 采集拼接成果

利用SCENE 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的拼接和建模,成果如圖1。由于數(shù)據(jù)較多,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的剔除和刪除無(wú)關(guān)相關(guān)連屬性數(shù)據(jù),進(jìn)行外部選擇刪除后，結(jié)果如圖2。根據(jù)需要選擇導(dǎo)出掃描點(diǎn)，格式為xyz 格式。

圖2 剔除冗余

利用CloudCompare 進(jìn)行數(shù)據(jù)的二次處理(包含抽稀,邊界選擇等),選取可利用信息,把成圖結(jié)果轉(zhuǎn)換格式后導(dǎo)入到3DMax中。

3.2 精細(xì)化處理

在3DMax 中結(jié)合點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立模型,繪制與相匹配的相關(guān)邊界屬性信息,這樣制作出初步的匹配點(diǎn)云數(shù)據(jù)的模型,但是模型紋理表面信息都是不完整。

最后在Photoshop 中對(duì)掃描儀得到的匹配像片進(jìn)行處理,選取比較完整和清晰的部分進(jìn)行真實(shí)性貼圖(如圖3 和圖4) 。最后經(jīng)過(guò)全部處理得到結(jié)果(如圖5)。

圖3 選取區(qū)域

圖4 匹配貼圖

圖5 成果

4 結(jié)論

通過(guò)數(shù)據(jù)的采集、處理、加工、建模、精細(xì)化處理等有效的處理流程,建立模型結(jié)果較接近于真實(shí),這一系列處理過(guò)程也便于推廣和使用。但是其中整體拼接、數(shù)據(jù)抽稀、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程易出現(xiàn)錯(cuò)誤，圖片處理中的精細(xì)選擇、圖層的無(wú)縫拼接和圖片的精細(xì)化的處理過(guò)程中，如何處理貼圖混亂、精細(xì)化數(shù)據(jù)精度的選擇等情況是需要注意。