三维数字化测绘技术在园林中的应用

宋世斌 刘俊峰 王磊

摘要：国内现有的园林景观设计CAD软件大都停留在二维施工图绘制阶段,在三维模型及其可视化处理方面极其有限，面向对象的参数化三维实体建模对三维实体建模、施工图绘制、场景的三维实时虚拟呈现、渲染图及动画制作等可视化功都有非常积极的意义。文章简要介绍了系统整体功能,详细论述了专业模块中的虚拟现实等可视化过程运用三维激光扫描技术实现园林三维数字化测绘。通过对三维激光扫描技术在园林三维数字测绘中的方法和数据处理过程研究,实现复杂的古典园林数字化精准测绘,取得了满意的结果，该应用将会对有效保护我国丰富的园林文化遗产起到重要的作用。

中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号：

测绘学在园林设计中的应用

测绘学是研究地理信息的获取（测定、采集之意）、处理、描述和应用的一门科学。其内容包括：研究测定、描述地球的形状、大小、重力场、地表形态以及它们的各种变化，确定自然和人工物体、人工设施的空间位置及属性，制成各种地图（含地形图）和建立有关信息系统。现代测绘学的技术已部分应用于其它行星和月球上。地理信息的概念(Geographical information;GI)：反映地理系统及其因素的特征、动态、节奏、韵律、周期及分布状况的各种信息。一般有图象地理信息、数字地理信息和文件信息等。现代地理学通过观察、统计、文件检索、航空测量、地面测量、宇宙航行器测量等手段来获取有关地球表面及空间状况的各种地理信息。

研究园林工程建设中设计、施工和管理各阶段测量工作的理论、技术和方法。为园林工程建设提供精确的测量数据和大比例尺地图，保障工程选址合理，按设计施工和进行有效管理。园林工程建设设计出现于上古时代，那时人类从事生产活动产生了对园林工程建设设计的需要。中国西晋的裴秀总结出制图六体的制图原则，从此地图制图有了标准，奠定了中国古代制图的理论基础。17世纪起，西方一些国家用三角测量法进行大地测量，根据实地测量结果绘制国家规模的地形图，这些地形图有准确的方位、比例尺和较高的精度。中国清康熙四十七年至五十七年（1708～1718）完成的《皇舆全图》，是中国历史上首次以实地测量结果绘制的园林工程建设设计地形图。20世纪初兴起的航空摄影测量方法，加上照相平板彩色胶印技术的应用，促进了园林工程建设设计的发展。20世纪60年代以后，地图制图正向计算机辅助制图方向发展。

使用三维数字化测绘技术进行园林设计

传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在现在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，现在的三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息，还包括R,G,B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。

园林设计研究的内容，包括园林设计原理、园林设计布局、园林设计程序、园林设计图纸及说明书等。园林设计的最终目的是要创造出景色如画、环境舒适、健康文明的游憩境域。一方面，园林是反映社会意识形态的空间艺术，园林要满足人们精神文明的需要；另一方面，园林又是社会的物质福利事业，是现实生活的实景，所以，还要满足人们良好休息、娱乐的物质文明的需要。

三维扫描技术的出现,改变了已有的数据采集方式。面式数据采集替代传统的点式数据采集是测量技术发展史上的一次巨大变革。三维扫描技术引入文物建筑测绘和研究领域弥补了传统测绘手段的诸多不足。三维扫描技术在文物建筑测绘方面的普及应用必将加速文物建筑的保护,促进关于中国传统建筑理论的研究。由于三维扫描技术是近几年才逐步发展和应用起来的一项新技术,各个方面都不够成熟。目前国内的有关技术、设备几乎全部来源于美国、法国等西方国家,出于技术保密和商业利益,很难看到相关的核心技术资料。同时由于对新设备的各项指标和性能缺乏足够的认识,导致新技术和新设备在古建筑测绘领域的应用中存在着许多误区。

最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，目前三维扫描设备也逐渐商业化，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、园林设计、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。

园林设计是一门研究如何应用艺术和技术手段处理自然、建筑和人类活动之间复杂关系，达到和谐完美、生态良好、景色如画之境界的一门学科。工作范围包括庭园、宅园、小游园、花园、公园以及城市街区、机关、厂矿、校园、宾馆饭店等。其中公园设计内容比较全面，具有园林设计的典型性。目前前卫的有自然墙水景设计工艺，装在墙上它可以是活动的瀑布，可以是缭绕的云雾。

测绘工程领域，大坝和电站基础地形测量、公路测绘，铁路测绘，河道测绘，桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。结构测量方面：桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量；管道、线路测量、各类机械制造安装。建筑、古迹测量方面：建筑物内部及外观的测量保真、古迹（古建筑、雕像等）的保护测量、文物修复，园林设计、古建筑测量、资料保存等古迹保护，遗址测绘，赝品成像，现场虚拟模型，现场保护性影像记录。

结论

测量学首先是一项非常精确的工作，通过本文的学习对测量学的学习，形成了一个基本的、理论的测量学轮廓，而实习的目的，就是要将这些理论与实际工程联系起来，这就是工科的特点。测量学是用来研究地球的形状和大小以及地面点位的科学，从本质上讲，测量学主要完成的任务就是确定地面目标在三维空间的位置以及随时间的变化。在现在这个信息的社会里，测量学的作用日益重要，测量成果做为地球信息系统的基础，提供了最基本的空间位置信息。构建信息高速公路、基础地理信息系统及各种专题的和专业的地理信息系统，均迫切要求建立具有统一标准，可共享的测量数据库和测量成果信息系统。因此测量成为获取和更新基础地理信息最可靠，最准确的手段。测量学的分类也有很多种，比如普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学。作为水利工程系的园林设计，我们要学习测量的各个方面。

参考文献：

[1] 丁延辉,邱冬炜,王凤利,杨锐.基于地面三维激光扫描数据的建筑物三维模型重建[J]. 测绘通报. 2010(03)

[2] 戴升山,李田凤.地面三维激光扫描技术的发展与应用前景[J]. 现代测绘. 2009(04)

[3] 张会霞,陈宜金,刘国波.基于三维激光扫描仪的校园建筑物建模研究[J]. 测绘工程. 2010(01)

[4] 白立飞,于广婷,卢晓龙,韩金芳.三维激光扫描技术在青岛市房地产开发中的应用[J]. 山东国土资源. 2011(03)