基于IFC的預(yù)制構(gòu)件切片點(diǎn)云模型三維重構(gòu)

梁陽澤， 徐 照， 葛曉永， 方卓禎， 洪 敏， 金明堂

(1. 東南大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211189；2. 南京市江北新區(qū)中央商務(wù)區(qū)建設(shè)管理辦公室，江蘇 南京 210032)

裝配式建筑以資源浪費(fèi)少、節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量?jī)?yōu)、建造周期短等特點(diǎn)成為我國(guó)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向[1]。目前我國(guó)裝配式建筑以裝配式混凝土構(gòu)件為主，而PC(Precast Concrete)構(gòu)件主要為預(yù)制墻板、樓板、梁、柱等，低層建筑、工業(yè)類、預(yù)應(yīng)力等預(yù)制構(gòu)件尚處于發(fā)展階段[2]。伴隨著裝配式建筑的發(fā)展其存在的問題也逐漸顯露，郭志偉等[3,4]認(rèn)為裝配式建筑存在質(zhì)量、成本管理困難等問題。這一問題隨著智慧建造、智能建造理念的提出得到了很好的解決。在裝配式建筑智能化、信息化領(lǐng)域的研究近年來也日益增加。李希勝等[5]將BIM(Building Information Modeling)協(xié)同設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了基于BIM的建筑協(xié)同設(shè)計(jì)方法的有效性。劉思佳等[6]通過BIM技術(shù)對(duì)裝配式地鐵車站進(jìn)行仿真模擬，提出將BIM與裝配式建筑施工結(jié)合對(duì)于地下工程的現(xiàn)代化、智能化、信息化發(fā)展有深遠(yuǎn)影響。

裝配式建筑信息化的發(fā)展也帶動(dòng)了多軟件協(xié)同的需求逐漸增加，點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式和IFC(Industry Foundation Classes)標(biāo)準(zhǔn)的具體映射逐漸成為研究的一大熱點(diǎn)方向。賴華輝等[7]分析了各軟件對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)的支持情況以及數(shù)據(jù)交互不一致的問題，從軟件對(duì)IFC的解析、IFC標(biāo)準(zhǔn)完善等方面探討了IFC發(fā)展面臨的問題及發(fā)展建議。徐照等[8]提出了由原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集到IFC數(shù)據(jù)模型的處理流程，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁可視化管理提供基礎(chǔ)。Krijnen等[9]將點(diǎn)云作為拓展屬性融入IFC標(biāo)準(zhǔn)文件中。

IFC標(biāo)準(zhǔn)和點(diǎn)云的結(jié)合促進(jìn)了建設(shè)項(xiàng)目各方在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)共享與交換，同時(shí)也提高了對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的要求。目前在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方面主要分為兩類：(1)針對(duì)點(diǎn)云特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方式[10～12]，通過K-鄰近點(diǎn)的方法對(duì)點(diǎn)云的特征點(diǎn)進(jìn)行提取并以此重構(gòu)曲面，這類算法雖然可以較好地保持點(diǎn)云模型原有的特征值，但操作過程非常復(fù)雜，不適合大批量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的模型建立；(2)通過采樣簡(jiǎn)化的方式對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[13～15]，這類算法操作簡(jiǎn)單，適合數(shù)據(jù)量龐大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，但處理之后一些細(xì)節(jié)化的尖銳部分或彎曲會(huì)消失，所以這類算法不適用于對(duì)模型還原物理實(shí)體要求較高的情況。當(dāng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)量巨大同時(shí)需要最大程度保持點(diǎn)云模型原有的特征值時(shí)，上述兩種點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方式并不適用。本文采用的切片掃描方式對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最大程度保留了點(diǎn)云模型的特征，操作過程較一般點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方法更為簡(jiǎn)潔，預(yù)處理后數(shù)據(jù)量更少，可以實(shí)現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)的處理。

本文主要針對(duì)預(yù)制構(gòu)件構(gòu)建單元級(jí)的物理實(shí)體，研究預(yù)制構(gòu)件的幾何模型重構(gòu)。通過實(shí)地調(diào)研采集多種完整的預(yù)制構(gòu)件點(diǎn)云模型，采用等區(qū)間分割的映射方式得到平面點(diǎn)云；采用KNN(K-Nearest Neighbor)算法提取切片特征值，并進(jìn)一步拉伸擬合建立預(yù)制構(gòu)件模型，通過Revit軟件擴(kuò)展模塊Mesh Import實(shí)現(xiàn)IFC格式轉(zhuǎn)換；通過幾何模型質(zhì)量檢驗(yàn)，驗(yàn)證切片法在預(yù)制構(gòu)件點(diǎn)云模型重構(gòu)的應(yīng)用可行性。本研究以預(yù)制構(gòu)件高精度幾何模型重構(gòu)為研究對(duì)象，以樓板構(gòu)件為例進(jìn)行研究。

1 預(yù)制構(gòu)件IFC模型表達(dá)方式

本文使用IFC2*3版本，采用EXPRESS語言定義所有數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有最常用的形狀表示方法可分為四類：隱式函數(shù)表示(Implicit Representation)、邊界表示(Boundary Representation，B-Rep)、構(gòu)造立體(Constructive Solid Geometry，CSG)和掃描實(shí)體(Swept Solid Representation，SSR)表示[16]。隱式函數(shù)表示是基于3D圖形的數(shù)學(xué)表示，很難表述尖銳的特征(如邊和頂點(diǎn))，在建模預(yù)制構(gòu)件時(shí)用處有限。B-Rep 對(duì)于大的被遮擋區(qū)域很難被平滑處理，不能保證一組多邊形面片可以形成一個(gè)封閉的網(wǎng)格模型。CSG 適用于理想化或簡(jiǎn)化的拓?fù)湓O(shè)計(jì)，不考慮裝配式建筑的實(shí)際幾何圖形組件。以上三種形狀表達(dá)方式均不適用于預(yù)制構(gòu)件幾何模型重構(gòu)。

SSR通過沿三維中的特定路線掃掠完全由輪廓線包圍的二維輪廓來創(chuàng)建三維形狀。掃描路徑由一個(gè)軸以及對(duì)應(yīng)的角度決定，二維輪廓通常是原始圖形如圓形、多邊形等。在建筑、工業(yè)環(huán)境中，目前已有對(duì)長(zhǎng)方體或標(biāo)準(zhǔn)梁的掃描方法的研究。本文將采用SSR的表達(dá)方式對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行幾何模型重構(gòu)。

1.1 IFC語義表達(dá)方式

在IFC2*3中共定義了653個(gè)實(shí)體類型，針對(duì)預(yù)制構(gòu)件的非特化幾何表示部分，本節(jié)重點(diǎn)介紹IFC幾何圖形的表示原理和最重要的幾何圖形表示。根據(jù)Borrmann等[17]的研究，IFC數(shù)據(jù)模型中的所有幾何表示可以分為四類：邊界框、曲線、表面模型、實(shí)體模型。

邊界框可以使用IfcBoundingBox來表示。邊界框是高度簡(jiǎn)化的3D對(duì)象的幾何表示，通常用作占位符。IfcBoundingBox由一個(gè)放置角點(diǎn)和三個(gè)邊的尺寸定義為長(zhǎng)方體。曲線可以由IfcCurve及其子類IfcBoundedCurve，IfcLine，IfcConic來進(jìn)行建模。

自由曲面和曲面是復(fù)雜幾何建模的基礎(chǔ)。自由形式的三維曲線在數(shù)學(xué)上被描述為參數(shù)曲線，這意味著x，y，z坐標(biāo)是在公共參數(shù)下跟蹤三維曲線的函數(shù)。其次，使用表面模型來表示由子表面組成的復(fù)合表面。它們可以是曲面(如NURBS)或平面(如Mesh)。IfcBSplineSurface可用于表示曲面，如NURBS曲面。一個(gè)生成三維立體模型的經(jīng)典方法是通過CSG的方式?？梢允褂肐fcCsgPrimitive3D及其子類，如IfcBlock，IfcRightCircularCylinder，IfcSphere等?？梢允褂肐fcBooleanResult執(zhí)行組合操作。然而，正如前面所提到的，CSG的使用非常有限，因?yàn)閳D元基本類型的使用非常有限。

SSR在IFC中被廣泛用于創(chuàng)建3D對(duì)象。通常，IfcSweptAreaSolid及其子類IfcExtrudedAreaSolid，IfcRevolvedAreaSolid，IfcFixedReferenceSweptAreaSolid，IfcSurfaceCurveSwptAreaSolid可用于表示實(shí)體。這個(gè)表示需要一個(gè)任意的封閉配置文件IfcArbitraryClosedProfileDef，它是IfcProfileDef最常見的子類。例如，當(dāng)使用IfcExtrudedAreaSolid時(shí)，ExtrudedDirection被定義為IfcArbitraryClosed ProfileDef可以沿著該方向拉伸。當(dāng)使用IfcRevolvedAreaSolid時(shí)，可以定義出方向和軸，這樣IfcArbitraryClosedProfileDef就可以圍繞軸旋轉(zhuǎn)到給定的角度。然后，IfcFixedReferenceSweptAreaSolid允許通過屬性Directrix沿著空間中的任何曲線進(jìn)行延伸。也就是說，輪廓將沿著屬性FixedReference定義的特定軸拉伸。

1.2 針對(duì)預(yù)制構(gòu)件的LOD模型細(xì)節(jié)層次

LOD(Level of Details)用以表示模型的細(xì)致程度，如表1所示，不同LOD等級(jí)下對(duì)建筑描述詳細(xì)程度不同，本文研究中將不考慮用戶的要求定義和指定幾何模型所需的LOD。

表1 LOD詳細(xì)等級(jí)介紹[16]

LOD 200是一個(gè)較為粗糙的表示，組件被表示為具有近似幾何形狀。因此，它不能完全支持建設(shè)過程和建設(shè)后的過程。LOD 300被圖形化地表示，具備精確的數(shù)量、尺寸、形狀、位置、方向等信息，LOD 300不包含細(xì)節(jié)、制造、安裝和詳細(xì)裝配等信息，這些信息主要用于反映現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)際狀態(tài)。采用切片掃描重構(gòu)方法生成LOD模型將大于LOD 200但不完全符合LOD 300的預(yù)制構(gòu)件幾何模型，即LOD 250-300。如一個(gè)混凝土預(yù)制板以及混凝土預(yù)制墻點(diǎn)簇的幾何形狀是使用多個(gè)平行的切片模型來近似的。柱點(diǎn)簇的幾何形狀是通過拉伸其投影輪廓來表示的。對(duì)于柱以及梁點(diǎn)簇，與板切片拉伸的方式相似，首先確認(rèn)其截面形狀，然后使用堆疊的片來表示。

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1 數(shù)據(jù)來源及操作流程

本文數(shù)據(jù)采用南京市某預(yù)制構(gòu)件廠的混凝土預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)，通過激光掃描儀實(shí)地采集得到，共采集墻構(gòu)件、樓梯等多組數(shù)據(jù)?；贗FC格式的對(duì)象擬合方法采用MATLAB和Revit軟件操作實(shí)現(xiàn)，采用Cloudcompare，Meshlab等軟件進(jìn)行中間過程的文件格式轉(zhuǎn)換、對(duì)比檢驗(yàn)?zāi)Ｐ唾|(zhì)量等，具體流程如圖1所示。

圖1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程示意

研究采集得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)首先通過CloudCompare 軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，以.ply格式儲(chǔ)存，并進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)預(yù)處理。

2.2 基于KNN算法的點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

KNN是現(xiàn)行應(yīng)用廣泛的點(diǎn)云數(shù)據(jù)降噪抽稀方法。該方法通過給定數(shù)據(jù)集，選取其中的數(shù)據(jù)并判斷該點(diǎn)在距離較近的K個(gè)點(diǎn)中相同類型最多的點(diǎn)類型。并將這一類型賦予該被測(cè)點(diǎn)。如圖2所示即為數(shù)據(jù)處理過程。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)“?”周圍點(diǎn)數(shù)為3時(shí)(即K取值為3)，由圖2a所示三角形較多，該點(diǎn)將被賦予與三角相同的類型定義，當(dāng)“?”周圍點(diǎn)數(shù)為9時(shí)(即K取值為9)，由圖2b所示正方形類型點(diǎn)數(shù)超過三角類型點(diǎn)數(shù)，被測(cè)點(diǎn)則將被賦予與正方形相同的類型定義。

圖2 KNN算法示意

通過KNN算法，對(duì)不同的K值進(jìn)行確定，可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的閾值，本研究中，在裝配式墻構(gòu)件點(diǎn)云模型中，假設(shè)取K=6，則每一個(gè)點(diǎn)云都將進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)距離閾值(通過類型進(jìn)行判斷，提取出K=6情況下，不在相同類型下的點(diǎn)的距離最小值)，超出該閾值的點(diǎn)則被判斷為噪點(diǎn)進(jìn)行剔除。通過這一方法可以有效保證構(gòu)件點(diǎn)云模型的原有幾何特征值。通過對(duì)K取值的變化，選取最為適合本研究的K值，如表2所示。

表2 不同K取值下預(yù)處理效果對(duì)比

由上表可知，當(dāng)K=5時(shí)預(yù)處理達(dá)到較好效果，后續(xù)K值上升但壓縮比并無太大變化，K值大于7之后點(diǎn)云數(shù)量出現(xiàn)回升，預(yù)處理效果下降。選取K=5，點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果如圖3b所示，KNN算法很好地保留了點(diǎn)云模型的特征值。如圖3，對(duì)比圖3a，3b可知表面的噪點(diǎn)去除效果顯著，同時(shí)構(gòu)件表面凹陷處的特征點(diǎn)則被很好地保留。

圖3 KNN方法處理點(diǎn)云模型前后對(duì)比

3 基于IFC的切片幾何模型重構(gòu)

3.1 切片掃描幾何模型構(gòu)建

本研究通過SSR的表達(dá)方式對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行幾何建模，通過沿三維中的特定路線掃掠完全由輪廓線包圍的二維輪廓來創(chuàng)建三維形狀。圖4給出了在掃描實(shí)體表達(dá)方式下切片掃描幾何模型重構(gòu)的工作流程。輸入預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)(板、梁、樓梯等構(gòu)件)。分別輸出四種類型幾何模型的IfcObject，對(duì)應(yīng)于詳細(xì)級(jí)別的LOD 250-300。該方法有如下兩個(gè)主要步驟：

圖4 切片掃描集合模型重構(gòu)流程

第一步：在四種類型點(diǎn)簇中的幾何特征提取和形狀檢測(cè)；

第二步：IfcObject擬合提取的特征和識(shí)別的形狀。

以裝配式鋼筋混凝土樓板為例，樓板的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)取決于其水平和垂直的走向，通常情況下裝配式建筑樓板不存在斜度，也很少存在延樓板長(zhǎng)寬方向的彎曲變形，但若簡(jiǎn)單的將其視為矩形則無法客觀具體地反映出預(yù)制構(gòu)件實(shí)物與BIM軟件正向設(shè)計(jì)原有模型的吻合程度，為了更加精確地反應(yīng)預(yù)制構(gòu)件實(shí)際情況，將采用多個(gè)直線段來近似擬合真實(shí)的水平，每個(gè)直線段對(duì)應(yīng)一個(gè)“切片”，不同的切片連接可以最大程度地還原構(gòu)件實(shí)際情況，垂直方向也是如此。選取的直線段越短，精確程度越高。這些信息可以在將來儲(chǔ)存于IfcAlignment實(shí)體中。

在進(jìn)行切片掃描幾何模型重構(gòu)過程中，假設(shè)裝配式樓板存在一個(gè)細(xì)微的弧度，采用一條曲線(一般為二階曲線)作為研究的水平線，將樓板定位在水平線的切線位置。將樓板切割成J片，切片采取平行的模式，沿切線方向拉伸。由于樓板構(gòu)件表面均暴露在激光傳感器下，橋面板點(diǎn)簇通常包含整個(gè)橋點(diǎn)云的大部分掃描點(diǎn)。隨機(jī)選擇10%左右的點(diǎn)來擬合拋物線。將隨機(jī)采樣的平板點(diǎn)簇投影到x，y平面上，然后通過最小化平方誤差，將唯一的二次多項(xiàng)式擬合到投影的n個(gè)點(diǎn)(xi,yi)上，假設(shè)x軸是主方向[18]，則有

(1)

式中：p(xi)為第k次多項(xiàng)式的內(nèi)插值，可表示為a0，a1，…，ak的線性方程組，即

(2)

即Y=Xa。通過預(yù)先乘以X的轉(zhuǎn)置得到，即XTY=XTXa。然后，對(duì)矩陣方程的逆變換得到一個(gè)二次多項(xiàng)式來構(gòu)造插值的p(xi)。

a=(XTX)-1XTY，n>k

(3)

通過上述運(yùn)算，可以得到上文假設(shè)樓板的曲線，然后計(jì)算曲線上每個(gè)差值點(diǎn)的切線，通過曲線的導(dǎo)數(shù)得到切線的斜率(式(4))，假設(shè)曲線為f(x)=Ax2+Bx+C，A，B，C均為常數(shù)，曲線在該點(diǎn)的斜率用tantj表示：

tantj=f(x)′=2Ax+B

(4)

(5)

沿各點(diǎn)法線(由式(5)求出，式(5)中變量見圖5)方向分段，將樓板分成j個(gè)切片，如圖5所示。

圖5 模型切分示意

經(jīng)過切分細(xì)化之后，可以假設(shè)每個(gè)切片沿著它的切線方向是直線，并且該切片的橫截面保持不變。這樣，整個(gè)樓面板的建模又轉(zhuǎn)化為直板的建模。對(duì)于每個(gè)切片，使用以下命令將切片繞z軸旋轉(zhuǎn)，即

(6)

旋轉(zhuǎn)的角度φj為每個(gè)切片j對(duì)齊的法線方向和整體直角坐標(biāo)y軸的夾角。由于切片的厚度較小，可以使用切片的中間x值來計(jì)算每個(gè)切片的法線方向。

樓板的截面部分，首先提取分割完成的切片，如圖6a所示，通過弦高差算法確定每個(gè)點(diǎn)是否為切片的特征點(diǎn)[19]。

圖6 切片截面輪廓示意

假設(shè)Pi為待判定點(diǎn)，如圖7所示選取點(diǎn)Pi-1和點(diǎn)Pi+1構(gòu)成直線L：Ax+By+C=0，判定點(diǎn)Pi到直線的垂直距離di。

圖7 弦高差算法示意

弦高距離di可由式(7)求得。當(dāng)di≥σ(σ為對(duì)應(yīng)切片的弦高差均值(閾值))時(shí)，則該點(diǎn)為特征點(diǎn)保留。通過式(8)計(jì)算得到弦高差均值并確定每一切片的閾值。通過特征值提取的方式最終確定切片的特征點(diǎn)，并提取出切片輪廓(圖6b)。

(7)

(8)

式中：σ為第j層的弦高差均值；mj為點(diǎn)云數(shù)目；di為該層的第i個(gè)點(diǎn)的弦高差距離。

完成特征值提取后將切片延法線方向拉升(圖8)，將平行切分的切片拉伸之后進(jìn)行組合最終得到完整的預(yù)制構(gòu)件樓板模型，如圖9所示。

3.2 切片掃描幾何重構(gòu)模型質(zhì)量檢驗(yàn)

選取點(diǎn)云數(shù)據(jù)并通過與重構(gòu)曲面的距離確認(rèn)切片法生成模型的質(zhì)量，如圖10所示。根據(jù)新版GB 50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中對(duì)裝配式構(gòu)件預(yù)埋件以及模具預(yù)留孔洞等的質(zhì)量檢驗(yàn)要求，取允許誤差的最小值±1 mm作為誤差范圍，從圖中分析結(jié)果可以看出構(gòu)件整體曲面誤差基本在誤差允許范圍之內(nèi)。整體而言該方法處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)并生成模型，模型整體質(zhì)量較好，同時(shí)可以很好地反映構(gòu)件的現(xiàn)實(shí)幾何狀態(tài)。

圖10模型右下以及左上顏色較深處存在一定誤差，由于構(gòu)件在進(jìn)行點(diǎn)云掃描過程中對(duì)這兩塊區(qū)域的掃描不夠到位，存在一定的缺失情況(圖11)，點(diǎn)云模型的缺失會(huì)導(dǎo)致在切片過程中邊緣點(diǎn)云缺失，在特征值提取過程中缺失部分將無法進(jìn)行特征值提取，擬合過程中直接采用線性擬合方式從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。針對(duì)因掃描過程中模型缺失導(dǎo)致的誤差，需再掃描補(bǔ)充缺失的點(diǎn)云數(shù)據(jù)確保特征值提取可以最大程度反映構(gòu)件的現(xiàn)實(shí)幾何狀態(tài)。

圖10 裝配式樓板構(gòu)件模型質(zhì)量檢驗(yàn)

圖11 原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)局部展示

3.3 切片掃描幾何重構(gòu)模型IFC格式轉(zhuǎn)化

將上述切片j的局部xy平面投影的每個(gè)凹?xì)ご鎯?chǔ)為一個(gè)二維直角坐標(biāo)點(diǎn)IfcCartesianPoint。IfcCartesianPoint元素將截面映射為IfcPolyline對(duì)象列表。通過二維剖面IfcArbitraryClosedProfileDef來描述切片截面。通過IfcExtrudedAreaSolid和IfcShapeRepresentation使用拉伸幾何模型表示樓板切片幾何形狀，并將其表示為掃描實(shí)體。掃掠實(shí)體通過拉伸方向以及深度(切片的厚度即剖面掃過的距離)兩個(gè)屬性定義。ExtrudedDirection是從每片的中間x值位置的正切方向派生的，深度由每一層的最大和最小x′坐標(biāo)確定。

圖12 IFC格式片段

IFC格式的轉(zhuǎn)化可以通過CloudCompare，Meshlab等軟件將.asc格式文件轉(zhuǎn)換為.obj格式，并通過Revit擴(kuò)展模塊Mesh Import導(dǎo)入.obj格式文件，導(dǎo)出IFC格式文件。

4 結(jié) 論

本文對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)語義表達(dá)方式以及幾何表達(dá)方式進(jìn)行說明，結(jié)合裝配式構(gòu)建特點(diǎn)選取對(duì)應(yīng)的LOD模型層次即大于LOD 200但不完全符合LOD 300的預(yù)制構(gòu)件幾何模型。采用CloudCompare等軟件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換等方面實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化處理。通過KNN算法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，很好地保留了點(diǎn)云模型的特征值同時(shí)滿足降噪的要求。提出了基于IFC格式的預(yù)制構(gòu)件點(diǎn)云切片掃描處理方法，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件幾何模型重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，使用切片掃描重構(gòu)法得到的預(yù)制構(gòu)件模型其點(diǎn)云模型配準(zhǔn)度較高，可以很好地還原預(yù)制構(gòu)件的真實(shí)物理狀態(tài)。

與傳統(tǒng)的建模方法相比，本文提出的切片法在最大程度上保留了點(diǎn)云模型的特征，操作過程更為簡(jiǎn)潔，效率較高，可以實(shí)現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)的處理。滿足施工過程中對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理量、處理效率以及模型質(zhì)量等多方面的要求。生成的以 IFC 文件為表述載體的裝配式構(gòu)件信息不僅能夠在自主開發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行調(diào)用展示，同時(shí)也可以在Revit 通用平臺(tái)中進(jìn)行讀取，實(shí)現(xiàn)拓展信息的跨平臺(tái)交互，完成裝配式建筑施工領(lǐng)域信息的規(guī)范化無損交流。

本研究也存在一定局限性，研究針對(duì)預(yù)制構(gòu)件幾何部分通過切片掃描的方式進(jìn)行模型重構(gòu)，對(duì)于預(yù)埋孔洞、伸出鋼筋等的細(xì)部結(jié)構(gòu)，在生成IFC文件過程中將其作為構(gòu)件幾何信息一同轉(zhuǎn)化，即通過構(gòu)件表面的孔洞、延伸等方式表達(dá)對(duì)應(yīng)的位置以及幾何尺寸等信息。對(duì)于非幾何部分信息未作處理。同時(shí)采用本文方法對(duì)掃描過程中采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的丟失會(huì)較大程度影響模型質(zhì)量。

采用切片掃描重構(gòu)的方法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)人為判斷并選取一條水平定位直線，計(jì)算定位直線的數(shù)學(xué)表達(dá)方式并進(jìn)一步選定切片位置，通過選取切片位置點(diǎn)法線方向的方式確定拉伸方向。后續(xù)研究可將對(duì)整個(gè)構(gòu)件的同一平面多條定位直線進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)式提取，通過多條定位直線的斜率變化情況確定切片位置。通過不同平面建立的掃掠實(shí)體模型進(jìn)行進(jìn)一步擬合以實(shí)現(xiàn)更為精確的幾何重構(gòu)模型。