三维激光扫描技术在古建筑建模中的应用.doc

三维激光扫描技术在古建精细建模中的应用 摘要 ： 近几年三维激光扫描技术在古建筑外观及内部的测量、保真，虚拟模型的建立，资料的保存等方面为越来越多的人所关注。本文以南京大钟亭的三维建模过程为例，阐述三维扫描在古建建模中的应用流程及注意事项。 1.概述大钟亭建于明洪武十五年（1382年），明亡后内部陈设多已散失。现楼基是明代原建，楼上建筑为晚清重修。大钟亭位于南京市鼓楼广场东北角，亭为重檐六角攒尖顶，灰筒瓦屋面，高13.29米（从亭座上到亭顶）。本次扫描使用leica ScanStation c10扫描仪. 该仪器可以连续、自动、快速采集目标物表面的坐标和颜色属性，使得快速获取结构复杂、极不规则场景的三维模型及纹理映射成为可能。2原始数据采集大钟亭周围树木植被较多，综合考虑后设置了10处标靶，4个站点。其分布如图所示。数据采集过程中符合以下四点要求。标靶布设分布均匀，可以使标靶很好地对整个场景进行控制，以提高扫描精度;保证了对任意测站有至少3个标靶与其通视。架设站点，使每个测站都能最大范围扫描到目标场景，尽量避免出现扫描死角。点云数据采集时，为方便表达出细部纹理，使用较高分辨率以获取更多采样点。leica ScanStation c10扫描仪可预设四种精度的分辨率，考虑到大钟亭的结构及其复杂、不规则，综合时间因素，使用高分辨率以获取较多采样点。在场景中测站到有效采样点最大距离为14.32米，采样点最大间距为3.5mm。为了更真实的表现古建的色彩，使用了索尼DSC-HX9对大钟亭各个角度拍摄照片，以方便数据处理时贴图使用。 站点标靶分布图3点云数据处理点云数据的处理主要包括点云的拼接，去噪。 点云的拼接方式在实践中主要有三个途径。其中通过特征点拼接误差较大，通常是在其他方法不足时的一种补充手段；标靶拼接使用较多，也灵活方便，适合相对较小的场景拼接，很方便获得统一的独立坐标系。而通过控制点进行拼接适合较大场景，可获取绝对坐标，但前提要求设站前布设控制网。大钟亭场景在100米之内，适合使用标靶拼接。使用cyclone软件可进行自动拼接，软件自动根据标靶号完成拼接，且精度高，拼接精度通常在3mm以内。此次标靶拼接精度表如下图所示： 点云的去噪是通过人工手段将没有扫描到目标场景上的杂点剔除，如遮挡的植被等。此外对目标场景表面超出限差要求的点也可以剔除。如通过geomagic中的删除体外孤点可以实现。大钟亭的去噪主要是去除植被等遮挡物上的杂点。 去噪后点云4三维模型的建立在建模中通常可以直接在cyclone中拟合出一些规则的形状，如平面、圆球形、标准工字钢。这些适合较为规则的场景，如现代化标准建筑。大钟亭模型复杂且极不规则的，经分析这种方式不适合大钟亭建模。使用geomagic逆向工程软件对处理后的点云进行封装，然后绘制轮廓线，构造栅格，最终拟合出复杂的nurbs曲面。这种方法适合于表面较为光滑的场景，如雕塑等，不适合大钟亭飞檐翘脚，锐利边缘的表现，因此也不适合大钟亭的建模。在cad中用线条参照点云描绘出建筑的轮廓及骨架线、特征线，然后导出到3dmax等建模软件中建模。这是一种自动化程度低，手工参与多，耗时费力的一种建模方式。但同时，这也是一种适应性最广的一种建模方式。经分析：选择使用这种建模方式能够实现大钟亭的建模要求。莱卡公司提供的CloudWorx是一种CAD插件，可以实现点云在CAD中的显示隐藏及捕捉，以方便线条的描绘。三维建模的目的是为了获取古建的真实三维尺寸，这种方法最大的难点在于如何依据点云准确的描绘出模型的特征线，从而保证所建模型的精度。 真实照片 模型渲染图 5.结束语 三维激光扫描技术在古建保护中的应用还有很大的空间去开发。点云数据密度大，数据量多，要从中提取出高精度信息还需要进一步的研究。模型的优化和精度的分析还需要迎接更多，更多的挑战。 原始数据采集主要包括标靶布设架设站点点云数据采集纹理数据采集四个方面。151.034103,62323.35211.847参考文献 文永俊等.三维激光扫描技术在