逆向工程在建筑物測繪中的應用

莫浩明，余澤煌，曾朝偉，梁東冬，余有明

廣東工業大學華立學院，廣東增城 511325

逆向工程在建筑物測繪中的應用

莫浩明，余澤煌，曾朝偉，梁東冬，余有明

廣東工業大學華立學院，廣東增城 511325

建筑物測繪是建筑行業領域中的一項重要內容。目前計算機信息技術的發展為建筑物測繪技術提供了更有力的技術支持，越來越多的建筑測繪軟件被應用在工程實踐中，如三維掃描技術、激光測距儀等。但是在建筑室內裝飾領域，運用現有的三維掃描儀進行建筑物測繪，會增加一些不必要的計算量，影響測繪軟件的使用效率。本文從逆向工程的原理和數據獲取方法入手，結合工程實例闡述了其在建筑物測繪中的運用，以供參考。

逆向工程；測量；建模

在現代建筑物測繪技術中，三維掃描技術和激光技術是兩種常見的測繪技術，與傳統皮尺測量相比，這些現代測繪技術極大的減輕了測繪人員的作業量，提高了測繪效率。但是在實際的建筑物測量中，不同的測繪作業對測繪技術的要求不同，對于建筑室內測繪來講，現有的測繪技術還有改進空間。以下本文就從逆向工程的角度出發，探析逆向技術在建筑物測繪中的應用。

1 逆向工程測量數據獲取技術

1.1 接觸式測量

主要是依靠物理接觸所測物品來實現數據的采集工作，其常用的掃描方式從小到大依次是點、線、面掃描，為縮短檢測時間，盡量選擇較小的樣本，以減少誤差。

1.2 非接觸式測量

具體的測量方法有以下幾種：激光線結構光掃描測量技術、投影光柵測量技術、計算機斷層掃描技術和立體視覺測量技術等。

2 實際施工中的測量技術

作為三坐標測量機在逆向工程應用中發展成為實物外形數字化的主要設備，但存在測量速度慢，需要進行測頭半徑補償。由于測球總是有一定的半徑r，測量點連線為平面曲線，所以應對測量數據進行測頭補償，并可以用一定的解析函數表示。采用一種二維自動補償方法，簡化了補償計算，測量軟件將自動從接觸點沿著測量逼近方向回退一個測頭半徑值，CMM測量程序都具有實時補償功能；另外，三點共圓法補償假設在曲線、曲面上測得n個點，先測量被測表面，得到測頭中心的數據，當3點連續的曲線段很小時，可用作圖的方法，求得包絡線來得到實際曲線。

3 系統軟、硬件控制

測頭系統是坐標測量機的探測瞄準系統，坐標測量機在三個方向作正交直線運動，直線和圓弧是構成空間曲線的基本要素。

自由曲面的測量通暢是在截面上進行，點位測量是由人工操作或計算機控制，連續掃描探測是測頭沿被測物體表面按照預先確定的速率運動，而掃描測量精度一般低于點位測量的精度，這種方式中摩擦力較小，并自動獲取測量數據的一種測量模式。測量未知曲面還可以采用自學習的方法，調用已生成的程序事項自動測量，編制曲面的測量程序。要實現方案合理，簡便易行，性能可靠。

4 應用實例分析

本文筆者運用逆向技術，對目前測繪領域中常用的三維掃描技術進行了改進，實現了新三維掃描儀產品再現，在實驗中，該測繪技術在建筑物測量中取得了很好的測量效果。具體實驗過程如下。

4.1 實驗環境

對本系統測量與建模的精度進行探究，為此搭建了一個4m×4m×2m簡易房間模型。其中，scan_data. dat用來文件儲存掃描獲得的距離、角度等數據，img_ deal.exe是圖像處理程序，通過讀取scan_data.dat文件進行處理后，生成MaxScript腳本文件local_data. ms，腳本文件會保存在3dsmax安裝路徑的*/Scripts/ Startup文件夾中，讓3ds max軟件開啟時便能夠自動讀取腳本文件，來實現三維模型建立與輸出。

4.2 實驗流程

1）放置好數據采集平臺，準備開始數據采工作。

2）將設備硬件與平板電腦連接好

3）在平板電腦上啟動測量程序，設備硬件運行持續約20s，之后程序會繼續運行約10s，直至計算完成。

4）對采集回的數據進行數據處理，并生成3ds Max腳本文件。

5）執行腳本文件，檢查數據。

4.3 模型輸出

根據生成的腳本文件，自動生成了三維模型(如圖1所示)。（輸出模型單位：mm）

圖1 模型輸出

4.4 模型分析

不同于市面上的三維掃描儀輸出的點云，由于自動測繪與建模儀面向的是大片面為主的建筑物，所以算法處理是以面為基本單位的，得出的模型也是由若干面組成，這樣的好處是忽略掉墻面毛糙的細小凹凸，不但極大減輕算法處理的壓力，還免去了后期處理點云模型的壓力，模型直接可用。

4.5 對比分析

為了驗證本測繪方法的準確性，本實驗還進行了對比測量分析。即用傳統皮尺測量、高精度的手持激光測距儀以及自動測繪建模儀分別進行4次測量，并對平均值進行分析（如表1所示）。

TU19

A

1674-6708（2015）150-0090-01