基于AutoCAD的三维激光扫描数据处理软件.pdf

第2期
测强
2010年4月
MINE SURVEYING
Apr.2010
doi:10.3969/j.issn.1001-358X.2010.02.030
基于 AUTOCAD的三维激光扫描数据处理软件
羌云娟,吴侃,蔡文婧
(中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221008)
摘要:主要外绍了三维激光扫描仪的工作原理,利用三维激光扫描似获得的数据,在 AUTOCAD平台
上利用VBA语言开发三维激光扫描数据处理软件,完成了系统的总体设计与详细设计,并编程实现
了系统中的功能。
关键词:三维激光扫描仪;工作原理;总体设计;详细设计
中图分类号:P209
文献标识码:B
文章编号:1001-358X(2010)02-0087-03
科技的创新、不断涌现的新技术给人们的生2.1总体设计
产、生活带来了巨大的变化,三维激光扫描技术就
本次系统开发的目的主要是对三维激光扫描仪
是这个信息时代的产物。该技术作为快速获取获得的数据进行处理,在 AUTOCAD平台上开发三维
空间数据的有效手段,能够直接反映客观事物实时激光扫描数据处理软件,并且根椐用户的不同需求,
的、动态变化的、真实的形态特性。但三维激光扫开发具有特色的数据处理软件。通过对系统进行功
描仪本身的数据处理软件太昂贵,且需要配合软件能分解,来划分功能模块。图1显示了软件的总体
狗使用,而 AUTOCAD具有强大的图形功能和二次结构设计。
开发性,因此,考虑在 AUTOCAD平台上开发三维激
光扫描数据处理软件。在此软件的基础上,还可以
根据某些特殊的要求与应用,形成具有特色的数据
处理软件。
数据处理软件
读入源数据
粗差剔除
构建三角网
生成等高线
成果
绘制剖面图
印
1三维激光扫描系统简介
计算表面积
目前,大多数激光扫描仪所采用的工作方式是
图1软件总体结构设计图
脉冲激光测距的方法,其获取扫描目标点云坐标原2.2详细设计
理为:根据内部精密的测量系统获取发射出去的激2.2.1数据粗差剔除与点云拼接
光光束的水平方向角度a和垂直方向角度θ;由脉冲
利用人机互动的方法进行点云的粗差别除,达
激光发射到反射被接收的时间计算得到扫描点到仪到满意效果后再利用公共点进行点云拼接。在数据
器的距离值S:从获取扫描反射接收的激光强度,对处理前进行采样,使得采样后的点云是均匀分布的。
扫描点进行颜色灰度的匹配。对于激光扫描仪而采出来的点云可基本做到均匀分布,从而保证了数
言,采样的是系统局部坐标,扫描仪的内部为坐标原据质量的均匀分布。保存采样后所得的数据。
点,一般X,Y轴在局部坐标系的水平面上,Y轴常为2.2.2数字高程模型(DEM)的生成
扫描仪扫描方向,Z轴为垂向方向。扫描目标点P
数字高程模型(DEM)的生成采用的是边扩展算
的坐标计算公式如式(1)。
法,构网的基本步骤
X=Scosecosa
(1)读入数据,将点号及三维坐标赋值给al
=Cossing
(1) ponts数组,并将点逐个展在图形上
Z= Sine
(2)在点集中取一点A,然后寻找与它最近的
2基于 AUTOCAD)的三维激光扫描数据处理软件系点B。连接AB,就得到了一条基边。
统设计
(3)在基边的左边点集中寻找与之组成的夹角
最大的P点,生成第一个三角形。
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刚量
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(4)以此三角形为起点,向四周扩展三角形构成
3系统的实现
角网。
(5)存储所有三角形的边信息及三角形的邻接3.1软件的使用说明
三角形号。
本软件是基于 AUTOCAD这个平台开发的,要运
2.2.3等值线的生成
行该软件,必须先安装 AUTOCAD。打开 AUTOCAD,选
(1)确定等值线的范围。
择“工具”菜单下的“宏”,单击“加载工程”。在弹出
(2)等值点的追踪方法。
的宏对话框中选择“ treatement”宏,单击“运行”。
①定义数组,记录在追踪等值点的过程中的信
(1)读人待处理的数据:单击“读人源数据”子
息
菜单,将数据读人 AUTOCAD中。
②追踪等值点。找到等值线通过的第一个三角
2)构建三角网:单击“构建三角网”子菜单。
形,以该三角形的编号1和第一个等值点所在边的三角网构建完成的同时,主界面将显示读人的数据
编号SI作为等值线追踪的起点位置。寻找与S1相点中最大的高程差,以便后面生成等高线。
邻的另ー个三角形 Nexttr,作为下一个追踪三角形。
(3)生成等高线:单击“生成等高线”子菜单,输
再找与新等值点所在边相邻的另一个三角形,记为入合理的等间距,生成等高线。
NexT,用同样的方法在 Next'中内插下一个等值点。
(4)绘制剖面图:单击“绘制剖面图”子菜单,
当NexT等于1时,说明这条等值线是闭合曲 Auto CAD上选取两点作为剖面线,输入缩放比例,选
线,追踪结東;当新插值的边为边界边时,说明该等取剖面图的插入位置,则剖面图绘制完成。
值线是开曲线,且已追踪到三角网的边界,这时,从
(5)表面积的计算:单击“计算表面积”子菜单
相反方向追踪等值点,直到遇到下一个边界边时,该则弹出一个小窗体,显示表面积的计算结果。
条等值线追踪才告结東。
使用样例
(3)同值等高线的追踪。
读入一组地形数据的文件,粗差剔除后,实验结
在一条等高线追踪结束后,再从未被追踪过的果如下图2、图3、图4、图5。
三角形中继续查找相同高程的等值线,方法同(2),
直到所有的三角形都被访问过一遍为止。
2.2.4剖面图的绘制
采用基于不规则三角网的方法绘制剖面图。绘
制剖面图的步骤如下:
(1)计算潮面线与三角形边界线的交点。
(2)计算剖面线经过的地面点的高程。
(3)根据所有剖面线点离散点的三维坐标,计算
每一点与起点的距离。
图2构建TN运行结果
(4)在计算出剖面线上个点的高程和剖面线相
示テーに
邻两点的实际距离后,绘制剖面图。
2.2.5表面积的计算
具体算法如下:
(1)计算三角形的空间面积,如式(2)。
(a+b+c)/2
S=Sr(sx(S-a)x(S-6)x(S-c))(2)
其中:S为空间三角形的面积,a,b,c分别为空
图3生成等高线的运行结果
间三角形的边长。
(2)计算三角网中每个三角形的面积,累加得
结论
DM模型的表面积。
本文基于 AUTOCAD平台,利用 AUTOCAD VBA语