关于Cyclone软件与AutoCAD软件结合使用的探讨

杨蘅

(南京交通职业技术学院公路工程系，江苏南京 211188)

关于Cyclone软件与AutoCAD软件结合使用的探讨

杨蘅∗

(南京交通职业技术学院公路工程系，江苏南京 211188)

作为一项新的数据获取手段，地面三维激光扫描仪可以快速、精确和高效地测量目标的三维影像数据，突破了传统的测量和数据处理方法，赢得了全新的研究和应用领域。本文就三维激光扫描技术的后处理弊端，结合变电所三维模型的建立，探索了Cyclone软件与AutoCAD软件的结合应用。

三维激光扫描；三维模型；点云

三维激光扫描系统是目前国际上最先进的获取地面空间多目标三维数据的影像扫描测量技术。三维激光扫描技术又称“实景复制技术”[1]，它可以深入到任何复杂的现场环境及空间中进行扫描操作，并直接将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据(点云数据)，点云数据转变为三维仿真模型就要通过相关软件的实现[2]。本文结合徕卡HDS6000三维激光扫描仪的后处理软件Cyclone 6.0，探讨AutoCAD软件在三维模型建立中的妙用。

1 Cyclone软件的特点

徕卡Cyclone软件是一套面向工程应用的软件产品。该软件由扫描、拼接和建模3个模块构成，同时，该软件集成了点云管理和CAD的功能。使用该软件，用户可以完成从扫描仪管理、野外测量、数据拼接到三维和二维CAD成果生成的整个工作流程。另外，为了让用户在CAD环境下用徕卡HDS的点云数据，徕卡Cyclone三维数据处理软件中的CAD插件Cloudworx软件能够实现点云数据与常见CAD的无缝集合。用户通过该插件可以利用传统CAD系统的绘图编辑功能，实现了点云技术与普通CAD技术的过渡。

2 Cyclone软件与AutoCAD软件结合应用

当然任何软件都有它的缺点，Cyclone软件也不例外。特别是大容量的数据处理时，这些问题就会影响三维模型建立的进程。通过实际应用研究，笔者总结如下Cyclone软件的应用弊端及应用AutoCAD软件的解决途径。

2.1 针对多对象的组的复制与粘贴效率低的解决方法

Cyclone软件进行多对象的组的复制与粘贴非常慢，如有30个对象的组的复制与粘贴要15 min左右。这种情况对大容量的三维模型的建立，影响非常大，每天完成的任务量很小。通过反复摸索，笔者利用Auto-CAD软件的绘图功能可以巧妙解决这个问题。

利用Cyclone软件把模型空间文件×.imp转化为×.coe文件输出，然后利用兼容AutoCAD的插件Cloud-WorxForAutoCAD导入到AutoCAD模型空间中去，再运用AutoCAD软件的编辑命令进行复制与粘贴，当然要找准复制与粘贴的基点，通过实际操作，发现在AutoCAD绘图空间里进行模型的相关操作，速度比在Cyclone软件的模型空间直接进行操作快得多。据笔者统计在30 min里利用Cyclone软件进行复制与粘贴的成效，间接利用AutoCAD软件进行处理5 min可以达到相同的效果。

最后，应用 AutoCAD软件输出为×cadExport.coe文件，就可以重新在Cyclone软件的模型预览窗口中打开并编辑了。

2.2 针对分块模型合并操作麻烦的解决方法

由于三维激光扫描仪外业采集的数据非常大(如100 G左右)，利用Cyclone软件进行模型的整体建立，对于高配置的电脑，操作也是很缓慢。目前只有通过分块来建立三维模型，最后合并成一整体模型，不失为一个好的选择。通过在变电所三维模型建立中的研究应用，发现利用Cyclone软件进行模型的整体合并是极其不方便的，在这里笔者提出了利用AutoCAD软件进行最后的模型合并，效果很好。

(1)坐标轴旋转原理

由于分块建立模型的坐标系统不一致，要注意坐标的旋转与移动。在2个同为左手系(或右手系)的三维直角坐标系旋转中，通过连续旋转3个坐标轴使旋转坐标系的3个轴向与参考坐标系的轴向相一致。旋转角的范围为0°～360°。坐标系绕z轴旋转C角后，可得到关系式:

式中R(C)为坐标系绕z轴旋转C角的旋转矩阵。同理可得，坐标系绕y轴旋转B角、绕x轴旋转A角的旋转矩阵R(B)和R(A)。

(2)分块模型合并的数学模型

分块模型的空间旋转，即将旋转系Oxyz分别绕自身的3个坐标轴旋转后，再将旋转系的原点平移到参考系OXYZ的原点上。当考虑2种坐标系的尺度差时，需增加1个尺度因子。因此，根据以上主要过程可建立大转角7个独立参数模型。

该合并转换模型包含3个平移参数X0，Y0，Z0，1个尺度参数μ和3个大角度旋转参数A，B，C。通过大转角转换模型可以将旋转系Oxyz中的三维模型点坐标(x，y，z)转换到参考系OXYZ中。若旋转的3个坐标轴次序为z轴、y轴、x轴，则由R(A)、R(B)和R(C)可得三维旋转矩阵的一种具体形式:

R(A，B，C)可用方向余弦表示为[3]:

(3)分块模型合并的AutoCAD软件的解决方案

在野外数据采集时，考虑到三维坐标的转换方便，仪器要求严格对中、整平，这就保证了不同站点的Z轴指向天顶的、是相互平行的。在分块模型合并时，只要进行XY平面的旋转与X、Y、Z三轴向的平移。大大简化了Cyclone软件三维坐标转换的难度，通过AutoCAD软件进行如下操作就可以达到分块建模合并的要求。

①在模型Ⅰ、Ⅱ中分别找共有固定边AB，并绕A把AB边旋转成水平状态如图1、图2所示。

②模型Ⅰ沿X、Y两轴向进行平移，使共有边AB与模型Ⅱ中的AB边在平面投影重合，结果如图3所示。

③分块模型Ⅰ、Ⅱ在Z轴向进行平移，结果使AB边在模型空间重合如图4所示。

图1 模型Ⅰ中公共固定边AB旋转成水平

图2 模型Ⅱ中公共固定边AB旋转成水平

图3 模型Ⅰ、Ⅱ中公共固定边AB在XY平面投影的重合

图4 模型Ⅰ、Ⅱ中公共固定边AB在Z轴向的平移结果

④最后导入Cyclone软件，检查三维模型空间，通过若干模型的尺寸数据与实体数据相对照，误差均在5 cm以内，符合变电所三维模型建立的精度要求如图5所示。为后续基于三维模型平台构建三维GIS查询系统做好基础。

图5 Cyclone软件中合并后的三维模型

3 结 论

实践证明，通过Cyclone软件与AutoCAD软件的结合使用，巧妙地解决了Cyclone软件应用于大容量三维模型建立时的不足；特别适合利用三维激光扫描仪进行变电系统数字化建设中所需的仿真三维模型建立，解决了普通测量手段在该领域中接触式测量的局限性。

[1]董秀军.三维激光扫描技术获取高精度DTM的应用研究[J].工程地质学报，2007，15(3):428～432

[2]徐进军，余明辉，郑炎兵.地面三维激光扫描仪应用综述[J].工程勘察，2008，12:31～31

[3]郑德华.三维激光扫描仪影像拼接模型及试验分析[J].河海大学学报:自然科学版，2005，33(4):466～471

Application of Cyclone Software and AutoCAD Software in Three Dimensional Laser Modeling Research

Yang Heng
(Highway Engineering Department，Nanjing Traffic and Vocational Technology School，Nanjing 211188，China)

As a new method，terrestrial 3D laser scanner can easily and quickly acquire the complex geometric data from buildings，objects and so on.It should be an innovation in this area because it changes the way of conventional surveying and data processing.Now，this method has been applied in various fields.This paper gives some abuses on the three dimensional laser scan technology's post－processing，and explores the cyclone software and the AutoCAD software's union application in the transformer substation three－dimensional model the establishment.

3D laser scanning；three－dimensional model；Point Cloud

1672－8262(2010)04－114－03

P209

B

2009—12—14

杨蘅(1975—)，女，讲师，主要从事AutoCAD、公路工程专业教学与研究工作。