三维激光扫描数据处理

三维激光扫描仪点云数据在MicroSation下

的处理研究

楚长青1，麻凤海2

1辽宁工程技术大学测量工程系, 辽宁阜新（123000）

2大连大学，辽宁大连(116000）

摘 要：三维激光扫描是基于近景扫描获取物体三维景观模型的一种新的激光测量技术，但在应用其扫描所得的点云数据使用配套软件Cyclone建立三维空间模型中又遇到了许多技术性问题，本文就此问题进行了探讨，并提出点云数据在MiroStation下处理的一些参考性方法。

关键词：三维激光扫描，点云数据，三维空间模型，MiroStation

1. 前言

三维激光扫描技术在测量中的应用越来越广泛，它能快速准确地获取近距离静态物体的空间三维信息，因而为快速建立复杂静态物体的空间框架提供了一种便捷手段

[2]

。本文

研究在MicroStation软件环境下对三维激光扫描仪采集的点云数据进行再处理，以获取建筑物的三维模型。MicroStation作为一款优秀的CAD软件具有强大的图形处理功能，尤其在三维建模方面为三维点云数据的内业处理提供了强大的设计平台。

2. 点云数据的预处理

2.1 Cyclone软件下的数据处理

利用Cyra三维激光扫描系统获得空间物体的三维点云数据，在Cyclone软件环境下 对三维点云数据进行优化处理，然后将点云数据保存为*.dxf通用交换格式，以便转入到MicroStation下进行处理。为了更好的捕捉点云图提供的三维点，在这里将需要的三维特征点的坐标提取出来并输出成文本文档的形式，提取工作在Cyclone软件下完成

[4]

。

2.2 Cyclone AutoCAD MicroStation 间的数据转换处理

Cyclone提供AutoCAD MicroStation专门接口，可将Cyclone直接挂到AutoCAD MicroStation软件下进行点云数据的处理。

本文采用的数据转换流程如下：Cyclone→AutoCAD→MicroStation。

建议转换过程：在Cyclone下进行优化处理→在AutoCAD进行分层分块处理→转到MicroStation下处理。

2.3 利用程序将提取的三维特征点并展绘

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本文中利用AutoCAD来做展点工作，通过lisp语言编制三维点的展点程序，将特征点展入AutoCAD中，并保存为*.dwg的格式（MicroStation可直接利用CAD文件）云如图：

[5]

。保存得点

图1 点云图 Fig.1 Point Cloud

3. 点云数据在MicroStation下的建模

3.1 MicroStation用户管理器——建立自己的工作环境

我们可以利用MicroStation用户管理器功能为三维建模提供独立的个人工作空间，如建立个人的种子空间、 个人操作界面 、个人单元、线形、 材质库。

3.2点云数据在MicroStation下的建模

■ 打开个人的工作空间，将保存三维特征点的dwg文件及点云图以参考文件的形式导入到MicroStation下，并建立新的图层。

在这里所用的参考文件：包括点云分块图及控制点图，在图层中控制参考文件的显示与隐藏，在参考文件管理器中对参考文件进行加载与去除，注意除非要使用参考文件做图，否则不要一起加入过多的参考文件，因为即使他们不显示出来一样在处理图时进行后台处理，随视图的移动而移动，影响做图效率。设置图层时最好要以建筑楼体的颜色来划分各种图层以便后期的渲染。

■ 利用MicroStation三维建模工具绘制线框图

查看工具：视图工具与辅助坐标系（建模中一步也离不开的重要工具）

[1]

[1]

。

绘图工具：利用智能线捕捉三维空间点绘制任意闭合多边形，利用三维实体工具和修改工具绘制各种立体

。

绘图技巧：利用捕捉工具、精确绘图工具、辅助坐标系工具可以准确的在三维空间中绘图。利用单元阵列移动复制旋转镜像工具可以快捷的放置图形。 绘制完成的线框图如下图2：

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图2 线框图

Fig.2 Building’s Framework

■

生成各种投影图：

利用MicroStation提供的多视图、2D、3D转换及剖面生成功能可以生成各种投影图：

平面图、侧面图、正视图、剖面图(见下图)。

图3 剖面图 Fig.3 A Sectional Drawing

4.渲染

■

材质提取与定义

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为提取到真实素材，可以通过对建筑物数码相片的处理来完成。在本文中是利用Photoshop对数码相片中的不同材质进行裁剪并提取出来，如果感觉相片有不完善的地方我们也可以进行一些图象处理，以使材质更加逼真。对处理好的材质图片在MicroStation下单独建立材质库，分别保存为*.pal形式的材质文件，为了分配渲染的方便建议按图层划分各种不同的材质，并保存材质时与层名相同。

■

分配渲染材质

点取设置菜单渲染分配材质，在对话框中分别打开定义好的材质，采用按层分配材质

的方法，再将分配好的材质按层与颜色分别进行附着。

在渲染前可以进行一些相关设置：如：灯光的设置 ，距离的设置 ，效果的设置， 这里要用到定义光源工具：在视图窗口中定义光源的类型（太阳光、点光源、灯光等）、光源的位置、光源的照射角度等。

设置完毕后，点击渲染工具，选择光线跟踪的方式，开始渲染得到效果图如下：

图4 渲染图

Fig.4 Rending Effect

5. 结束语

随着三维激光扫描技术在测量中的广泛应用，基于MicroStation下的点云数据的处理将为三维建模开辟新的空间。MicroStation还拥有强大的三维动画漫游功能，可以制作出逼真的动画效果，同时还拥有强大的数据管理功能为建立三维数字仿真及地理信息系统提供了优秀的平台

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。

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参考文献

[1] 陶纪斌编译.MicroStation用户指南[M].北京:海洋出版社,1993.

[2] 赵灿,陈树民,王从军,Research on 3-D Laser Scanning Image Processing[A].国际矿山测量学会第12届会议论文[C],阜新:辽宁工程技术大学,2004.3,135-138.

[3] Bentley研究所.MicroStation3维工程设计应用教程[M].北京:科学出版社,2001. [4]张远志、胡广洋。用激光扫描获取城市空间精细三维数据[M].世界图书出版公司

[5]周国彪,韩明,张李超,胡勇,三维激光扫描控制系统研究[J].华中科技大学学报Vol.31(2),2003,23-26

Study On Three-dimensional Laser Scanner Data Under

The MicroStation

Chu Changqing, Ma Fenghai

1 LiaoNing Technical University, Fuxin (123000)

2 DaLian University, Dalian (116000)

Abstract

Three-dimensional laser Scanner is some reference method that a kind of new laser to base on the nearby view scanning acquisition object three dim- ensional landscape models measurement

technique, but dealing with point cloud data in Cyclone , which met many techniques problem again, this text further the study, Studying on the new method to procced point cloud under the MiroStation. Keywords: Three-dimensional Laser Scanner ；three-dimensional modeling MiroStation

作者简介：

楚长青（1981-），男，汉族，吉林省敦化人，辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院硕士研究生，研究方向地理信息与地图制图；

麻凤海，博士，教授，博士生导师。研究方向：矿山开采引起地表塌陷与环境综合治理，尤其在岩层与地表动态变化过程中，开采沉陷的非线性变形研究方面提出的采煤区覆岩大系统复合介质岩层移动理论受到国内同行专家认可。在多种国家核心期刊上发表论文 40 余篇；主持和参与科研课题 20 余项，获辽宁省科技进步二等奖 1 项、三等奖 2 项；出版专著和著作 3 部

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