CN101908228A - 一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法，包括：(1)向拟测建筑部位外表面投射水平或垂直激光扇面以形成建模标示线；(2)在拟拍摄的拟测建筑部位的取景范围内，获取两组线段或其定位点、一个与拟测建筑部位相交的平面，及一个几何图形或其定位点，测量绘制几何图形所需的定形尺寸；(3)拍摄拟测建筑部位的照片；(4)使用建模软件，以所述照片中的两组线段或其定位点为依据，使建模场景的透视关系与照片中的拟测建筑部位的透视关系匹配；(5)绘制所述几何图形，并以其为建模尺寸参照面缩放照片至相匹配，以缩放后的照片为依据建立拟测建筑部位的三维模型；(6)以三维模型为依据生成拟测建筑部位的建筑立面测绘图。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法，主要应用于近现代建筑测绘领域。
背景技术
目前，公知的建筑测绘方法是“传统建筑测绘方法”，其应用范围包括古建筑测绘，也包括近现代建筑测绘。“传统建筑测绘方法”指1930年朱启钤创立《中国营造学社》后，中国第一代建筑师梁思成、刘敦桢等引进西方现代建筑测绘方法、结合中国古代建筑特征创立的现代意义上的建筑测绘方法，后来为中国建筑测绘界广泛应用并一直延续至今。如普通高等教育土建学科专业“十五”规划教材《古建筑测绘》即延续这种建筑测绘方法。(参见王其亨主编，吴葱，白成军编著.古建筑测绘[M].北京：中国建筑工业出版社，2006)
传统建筑测绘方法的弊病主要体现在以下四个方面：其一是传统建筑测绘方法使用手工绘图工具和手工绘图方法，以及手工测量工具和手工测量方法实施建筑测绘，这导致该建筑测绘方法建立在手工操作的基础之上，测绘成果的精确度和工作效率都亟待改进。其二是使用传统建筑测绘方法实施建筑测绘时，需要测绘者直接接触拟测建筑部位才能对该建筑部位实施建筑测绘，因此无法完成测绘者不能直接接触的建筑部位的建筑测绘。其三是使用传统建筑测绘方法无法精确测绘外表面为单曲面几何形体、外表面为中心轴对称的双曲面几何形体的建筑部位的建筑立面测绘图。其四是传统建筑测绘方法的测绘成果建筑立面测绘图的绘图方法采用手工绘图方法，依据在测绘现场手工绘制的建筑立面测绘草图手工绘制成品建筑立面测绘图，成果的精确度和工作效率较低。近年来已改进为依据在测绘现场手工绘制的建筑立面测绘草图使用CAD软件绘制建筑立面测绘图，但是依然存在将手工绘制的建筑立面测绘草图人工转换为CAD建筑立面测绘图的问题，关键性的建筑立面测绘草图仍然采用传统的手工操作模式，成品建筑立面测绘图的精确度和工作效率虽然有所提高，但是并没有本质性的改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法包括如下步骤：
(1)固定自动安平激光标线仪，利用该激光标线仪向拟测建筑部位的外表面投射水平或垂直激光扇面，所述激光扇面与拟测建筑部位的外表面相交形成建模标示线，所述拟测建筑部位的外表面为单曲面几何形体或平面几何形体，所述拟测建筑部位的外表面的位于建模标示线上的法线均在所述激光扇面所在的平面上；
(2)在拟拍摄的拟测建筑部位的取景范围内，获取两组线段或两组线段的定位点，每组线段含有两根相互平行的线段，所述线段为水平线或竖直线，不同组的线段相互垂直；获取一个与拟测建筑部位相交的平面，该平面与所述激光扇面平行或垂直，在该平面内再获取一个几何图形或构成几何图形的定位点，测量绘制所述几何图形所需的定形尺寸；
(3)固定摄影装置，利用该摄影装置拍摄所述拟测建筑部位的照片，所述照片中显示有所述建模标示线，且所述照片中显示有所述两组线段或两组线段的定位点，所述照片中还显示有所述几何图形或构成几何图形的定位点；
(4)使用建模软件，以所述照片中的两组线段或两组线段的定位点为依据，调整建模场景的透视关系以使该建模场景的透视关系与所述照片中的拟测建筑部位的透视关系匹配；
(5)依据步骤(2)所述定形尺寸绘制相应的几何图形，以该几何图形为建模尺寸参照面缩放步骤(3)所述照片，缩放后的照片与该建模尺寸参照面相匹配，以缩放后的照片为依据建立所述拟测建筑部位外表面的三维模型；
(6)以步骤(5)所述三维模型为依据生成拟测建筑部位的建筑立面测绘图。
为实现上述目的，本发明所采取的另一种技术方案是：该用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法主要包括如下步骤：
(1)固定自动安平激光标线仪，利用该激光标线仪向拟测建筑部位的外表面投射水平或垂直激光扇面，所述激光扇面与拟测建筑部位的外表面相交形成建模标示线，所述拟测建筑部位的外表面为中心轴对称的双曲面几何形体，所述拟测建筑部位的外表面的中心轴位于激光扇面所在的平面上；
(2)在拟拍摄的拟测建筑部位的取景范围内，获取两组线段或两组线段的定位点，每组线段含有两根相互平行的线段，所述线段为水平线或竖直线，不同组的线段相互垂直；获取一个与拟测建筑部位相交的平面，该平面与所述激光扇面平行或垂直，在该平面内再获取一个几何图形或构成几何图形的定位点，测量绘制所述几何图形所需的定形尺寸；
(3)固定摄影装置，利用该摄影装置拍摄所述拟测建筑部位的照片，所述照片中显示有所述建模标示线，且所述照片中显示有所述两组线段或两组线段的定位点，所述照片中还显示有所述几何图形或构成几何图形的定位点；
(4)使用建模软件，以所述照片中的两组线段或两组线段的定位点为依据，调整建模场景的透视关系以使该建模场景的透视关系与所述照片中的拟测建筑部位的透视关系匹配；
(5)依据步骤(2)所述定形尺寸绘制相应的几何图形，以该几何图形为建模尺寸参照面缩放步骤(3)所述照片，缩放后的照片与该建模尺寸参照面相匹配，以缩放后的照片为依据建立所述拟测建筑部位外表面的三维模型；
(6)以步骤(5)所述三维模型为依据生成拟测建筑部位的建筑立面测绘图。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)使用现有技术，即传统建筑测绘方法无法测绘操作者不能直接接触的建筑部位，这导致建筑立面测绘图的测绘无法实施。而使用本发明数字化建筑测绘方法，利用激光标线仪标示拟测建筑部位的建模标示线；利用摄影装置拍摄该建筑部位外表面的标线建模照片；依据该标线建模照片，利用建模软件，建立该建筑部位外表面的数字化三维模型，可以实现对测绘者不能直接接触的建筑部位的建筑立面测绘图的数字化建筑测绘。(2)无论是否搭建脚手架，使用现有技术都无法实现外表面为单曲面几何形体、外表面为中心轴对称的双曲面几何形体的建筑部位的建筑立面测绘图的精确测绘。而使用本发明数字化建筑测绘方法，可以实现外表面为单曲面几何形体、外表面为中心轴对称的双曲面几何形体的建筑部位的建筑立面测绘图的精确测绘。(3)使用本发明数字化建筑测绘方法，首先建立拟测建筑部位的数字化三维模型，然后以该数字化三维模型为依据生成拟测建筑部位的建筑立面测绘图。与使用现有技术，依据在测绘现场手工操作绘制的建筑立面测绘草图绘制的建筑立面测绘图相比，使用本发明方法获得的建筑立面测绘图的精确度大幅度提高。(4)作为建筑立面测绘图的补充表达手段，本发明数字化建筑测绘方法的中期成果拟测建筑部位的数字化三维模型可以直接转化为最终成果，即数字化三维建筑表现图，该数字化三维建筑表现图扩展和更新了建筑测绘成果的表达能力和表达范围。与使用现有技术获得的最终成果建筑立面测绘图相比，本发明获得的最终成果的表现力得到大幅度提高。
附图说明
图1是使用本发明方法对外表面为单曲面几何形体和平面几何形体的拟测建筑部位进行测绘的示意图；
图2是使用本发明方法对一种外表面为单曲面几何形体、平面几何形体和中心轴对称的双曲面几何形体的拟测建筑部位进行测绘的示意图；
图3是使用本发明方法对另一种外表面为单曲面几何形体、平面几何形体和中心轴对称的双曲面几何形体的拟测建筑部位进行测绘的示意图；
图4是使用本发明方法获得的图2中拟测建筑部位的三维模型；
图5是本发明以图4中的三维模型为依据生成的拟测建筑部位的建筑立面测绘图；
图6是使用本发明方法获得的图3中拟测建筑部位的三维模型；
图7是本发明以图6中的三维模型为依据生成的拟测建筑部位的建筑立面测绘图；
图中，1.辅助工具I；2.摄影装置；3.激光标线仪；4.垂直激光扇面；5.建模标示线；6.拟测建筑部位；7.建模尺寸参照面；8.辅助工具II。
具体实施方式
本发明数字化建筑测绘方法包括三个测绘环节：标线环节、摄影环节和建模环节。
(1)本发明数字化建筑测绘方法标线环节的目标是利用自动安平激光标线仪3在拟测建筑部位6的外表面标示建模标示线5。
本发明数字化建筑测绘方法使用的标线工具为自动安平激光标线仪3。目前市面上激光标线仪有具备自动安平功能和不具备自动安平功能两种类型，自动安平功能即自动调整激光发射器使之处于水平工作状态的功能，本发明只选用具备自动安平功能的激光标线仪3。本发明利用激光标线仪3的自动安平功能，即只要激光标线仪3处于工作状态，射出的激光扇面必然是水平激光扇面和垂直激光扇面4的功能，利用激光标线仪3向拟测建筑部位6的外表面投射水平激光扇面或垂直激光扇面4，该水平激光扇面或垂直激光扇面与拟测建筑部位6的外表面相交形成的交线就是拟测建筑部位6的水平剖切面或垂直剖切面的外轮廓线，即拟测建筑部位6的建筑立面测绘图的外轮廓线，称为建模标示线5。
目前市面上自动安平激光标线仪有多种型号，如莱赛LS619自动安平激光标线仪可输出一个180°水平激光扇面，两个相互垂直的180°垂直激光扇面，以及一个垂直向下的激光定位点；莱赛LS618自动安平激光标线仪可输出一个180°水平激光扇面，两个相互垂直的90°垂直激光扇面，以及一个垂直向下的激光定位点。自动安平激光标线仪配备专用三脚架。自动安平激光标线仪可直接放置于地面或其他建筑部位使用，也可安装在专用三脚架上使用。
本发明标线环节利用自动安平激光标线仪在拟测建筑部位的外表面标示建模标示线的具体操作步骤如下：
如图1、图2、图3所示，固定自动安平激光标线仪3，利用激光标线仪3向拟测建筑部位6的外表面投射垂直激光扇面4，垂直激光扇面4与拟测建筑部位6的外表面相交形成建模标示线5。
如图1所示，当拟测建筑部位6的外表面为单曲面几何形体或平面几何形体时，需要使拟测建筑部位6的外表面的位于建模标示线5上的法线均在垂直激光扇面4所在的平面上，由此获得的建模标示线5才是有效建模标示线。
如果拟测建筑部位6外表面的位于建模标示线5上的法线均在同一水平面上，则激光标线仪3向拟测建筑部位6的外表面投射的激光扇面为水平激光扇面，建模标示线5为水平方向。
如图2和图3所示，当拟测建筑部位6的外表面为中心轴对称的双曲面几何形体时，需要使拟测建筑部位6的外表面的中心轴位于垂直激光扇面4所在的平面上，由此获得的建模标示线5才是有效建模标示线。
如果拟测建筑部位6外表面的中心轴为水平线，则激光标线仪3向拟测建筑部位6的外表面投射的激光扇面为水平激光扇面，建模标示线5为水平方向。
在测绘者可以直接操作的范围内，本发明直接将激光标线仪3放置在地面、楼面、建筑表面，或将激光标线仪3安装在专用三角架上放置在地面、楼面、建筑表面标示建模标示线5。
如图1所示，本发明将激光标线仪3安装在专用三角架上放置在建筑楼面上标示建模标示线5。
在测绘者不能直接操作的范围内，本发明将激光标线仪3安装在辅助工具上标示建模标示线5。
如图3所示，在测绘者不能直接操作、且激光标线仪3的位置高于测绘者所在位置的情况下，本发明将激光标线仪3固定在辅助工具I上，升起辅助工具I，使激光标线仪3升高至预定标线高度后，利用辅助工具I控制激光标线仪3旋转到达预定标线位置标示建模标示线5，实现对高于测绘者所在位置、测绘者不能直接操作的拟测建筑部位6的建模标示线5的标示。本发明中，辅助工具I除了可使用如图3所示的顶部有可旋转活动杆的升降杆外，也可借助搭建脚手架等手段将激光标线仪3置于预定的标线位置。
如图2所示，在测绘者不能直接操作、且激光标线仪3的位置低于测绘者所在位置的情况下，本发明将激光标线仪3安装在辅助工具II上，利用辅助工具II将激光标线仪3下降至预定的标线位置标示建模标示线5，实现对低于测绘者所在位置、测绘者不能直接操作的建筑部位的建模标示线标示。同样地，本发明中所使用的辅助工具II除了可为如图2所示的可升降支架外，也可借助搭建脚手架等手段将激光标线仪3置于预定的标线位置。
(2)本发明数字化建筑测绘方法摄影环节的目标是利用摄影装置2拍摄拟测建筑部位6的标线建模照片。
拍摄标线建模照片之前需要完成的准备工作包括：在拟拍摄的拟测建筑部位6的取景范围内获取两组线段，具体地说，所获取的每组线段均由两根线段构成，这些线段均为水平线或竖直线，同一组线段中的两根线段相互平行，而不同组的线段则相互垂直；或者，在拟拍摄的拟测建筑部位6的取景范围内获取两组线段的定位点，同样地，所获取的定位点应满足以下条件：这些定位点的连接线为水平线或竖直线，且同一组中的定位点的连接线相互平行，而不同组的定位点的连接线则相互垂直。
此外，获取一个与拟测建筑部位6相交的平面，该平面与激光扇面平行或垂直，在该平面内再获取一个几何图形或构成几何图形的定位点，测量绘制该几何图形所需的定形尺寸。
本发明摄影环节利用摄影装置拍摄标线建模照片的具体操作步骤如下：
如图1和图2所示，在拟拍摄的拟测建筑部位6的取景范围内，获取包括线段AB和线段DC的线段组1，以及包括线段AD和线段BC的线段组2，线段组1中的线段AB和线段DC相互平行且均为水平线，线段组2中的线段AD和线段BC相互平行且均为竖直线，且线段组1中的线段与线段组2中的线段相互垂直。本发明可直接获取由线段AB和线段DC定位的平面ABCD，该平面ABCD与拟测建筑部位6相交，并与垂直激光扇面4垂直；当然也可另外获取一个与平面ABCD不重合的且与拟测建筑部位6相交的平面，只要该平面在拟拍摄的拟测建筑部位6的取景范围内，并与垂直激光扇面4平行或垂直。
作为本发明的一种实施方式，如图1和图2所示，直接获取由线段AB和线段DC定位的平面ABCD，获取该平面上的几何图形，即矩形ABCD，测量绘制矩形ABCD所需的定形尺寸线段AB和线段BC的长度。当然，本发明也可在平面ABCD内另行获取一个几何图形或几何图形的定位点，并测量绘制所述几何图形所需的定形尺寸。需要说明的是，所获取的几何图形的形状可以是任意的，但一般以建筑中常见的、线形简单的几何图形，如矩形等为优选方案，以便快速准确地测量绘制该几何图形所需的定形尺寸。
如图1和图2所示，在测绘者可以直接操作的范围内，本发明利用常规摄影装置和常规拍摄方法拍摄拟测建筑部位6的标线建模照片，该标线建模照片显示有建模标示线5、线段组1、线段组2及几何图形ABCD。
如图3所示，在测绘者不能直接操作、且拍摄位置高于测绘者所在位置的情况下，本发明将摄影装置2固定在可升降的辅助工具I上，调整好拍摄角度后升起辅助工具I，使摄影装置2升高至预定拍摄高度；利用辅助工具I控制摄影装置2旋转到达预定拍摄位置，使用无线遥控器控制该摄影装置2进行拍摄。使用辅助工具I升起摄影装置2进行拍摄需通过预拍以确认标线建模照片的取景范围是否符合要求，通过预拍确认取景范围符合要求后进行正式拍摄，实现对高于测绘者所在位置，测绘者不能直接操作的建筑部位的标线建模照片拍摄。如图3所示，获取的与拟测建筑部位6相交且垂直的平面为平面AEFBCGHD，所选取的几何图形7的定位点为A、E、F、B、C、G、H、D。因此，获得的标线建模照片显示有建模标示线5以及线段组1和线段组2的定位点A、B、C、D，此外照片上还显示有几何图形7的定位点A、B、C、G、H、D。
(3)本发明数字化建筑测绘方法建模环节的目标是以标线建模照片为依据，使用建模软件，建立拟测建筑部位6外表面的数字化三维模型，并生成拟测建筑部位6的建筑立面测绘图。
本发明建模环节的具体操作步骤如下：
以已完成的标线建模照片为依据，使用建模软件，例如使用Google SketchUp软件建立拟测建筑部位6外表面的三维模型。
如图2所示，导入拟测建筑部位6的标线建模照片，以该标线建模照片中的线段AB、DC、AD、BC为依据，调整建模场景的透视关系以使该建模场景的透视关系与标线建模照片中的拟测建筑部位6的透视关系匹配。
其后，依据在测绘现场所获取的几何图形，即矩形ABCD的定形尺寸线段AB和线段BC的长度的测量数据，绘制该矩形ABCD作为建模尺寸参照面7，缩放照片使之与建模尺寸参照面7相匹配；依据缩放后的照片，建立描线基准面并在描线基准面上描绘建模标示线；建立拟测建筑部位6的建模截面及生成拟测建筑部位6的模型的路径；依据拟测建筑部位6的建模截面及建模路径，建立图2中的拟测建筑部位6的三维模型，该三维模型如图4所示。其后依据该三维模型生成拟测建筑部位6的建筑立面测绘图，该建筑立面测绘图如图5所示。
使用相同的建模软件，例如Google SketchUp软件，按照相同的建模步骤，依据图3中拟测建筑部位6的标线建模照片建立该拟测建筑部位的三维模型，该三维模型如图6所示；其后依据该三维模型生成拟测建筑部位6的建筑立面测绘图，该建筑立面测绘图如图7所示。
本发明使用非直接接触的数字化建筑测绘方法取代直接接触手工操作的现有技术传统建筑测绘方法。由图4至图7可知，本发明可实现使用现有技术传统建筑测绘方法无法精确测绘的外表面为单曲面几何形体、外表面为中心轴对称的双曲面几何形体的建筑部位的建筑立面测绘图的精确测绘，大幅度提高建筑测绘的成果建筑立面测绘图的精确度。此外，本发明可利用获得的拟测建筑部位的数字化三维模型直接生成该建筑部位的建筑立面测绘图，不必依据手工绘制的建筑立面测绘草图另行绘制建筑立面测绘图，从而大幅度提高建筑立面测绘图的精确度和工作效率。
Claims (2)
1.一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法，其特征是包括如下步骤：
(1)固定自动安平激光标线仪，利用该激光标线仪向拟测建筑部位的外表面投射水平或垂直激光扇面，所述激光扇面与拟测建筑部位的外表面相交形成建模标示线，所述拟测建筑部位的外表面为单曲面几何形体或平面几何形体，所述拟测建筑部位的外表面的位于建模标示线上的法线均在所述激光扇面所在的平面上；
(2)在拟拍摄的拟测建筑部位的取景范围内，获取两组线段或两组线段的定位点，每组线段含有两根相互平行的线段，所述线段为水平线或竖直线，不同组的线段相互垂直；获取一个与拟测建筑部位相交的平面，该平面与所述激光扇面平行或垂直，在该平面内再获取一个几何图形或构成几何图形的定位点，测量绘制所述几何图形所需的定形尺寸；
(3)固定摄影装置，利用该摄影装置拍摄所述拟测建筑部位的照片，所述照片中显示有所述建模标示线，且所述照片中显示有所述两组线段或两组线段的定位点，所述照片中还显示有所述几何图形或构成几何图形的定位点；
(4)使用建模软件，以所述照片中的两组线段或两组线段的定位点为依据，调整建模场景的透视关系以使该建模场景的透视关系与所述照片中的拟测建筑部位的透视关系匹配；
(5)依据步骤(2)所述定形尺寸绘制相应的几何图形，以该几何图形为建模尺寸参照面缩放步骤(3)所述照片，缩放后的照片与该建模尺寸参照面相匹配，以缩放后的照片为依据建立所述拟测建筑部位的三维模型；
(6)以步骤(5)所述三维模型为依据生成拟测建筑部位的建筑立面测绘图。
2.一种用于获得建筑立面测绘图的数字化建筑测绘方法，其特征是包括如下步骤：
(1)固定自动安平激光标线仪，利用该激光标线仪向拟测建筑部位的外表面投射水平或垂直激光扇面，所述激光扇面与拟测建筑部位的外表面相交形成建模标示线，所述拟测建筑部位的外表面为中心轴对称的双曲面几何形体，所述拟测建筑部位的外表面的中心轴位于激光扇面所在的平面上；
(2)在拟拍摄的拟测建筑部位的取景范围内，获取两组线段或两组线段的定位点，每组线段含有两根相互平行的线段，所述线段为水平线或竖直线，不同组的线段相互垂直；获取一个与拟测建筑部位相交的平面，该平面与所述激光扇面平行或垂直，在该平面内再获取一个几何图形或构成几何图形的定位点，测量绘制所述几何图形所需的定形尺寸；
(3)固定摄影装置，利用该摄影装置拍摄所述拟测建筑部位的照片，所述照片中显示有所述建模标示线，且所述照片中显示有所述两组线段或两组线段的定位点，所述照片中还显示有所述几何图形或构成几何图形的定位点；
(4)使用建模软件，以所述照片中的两组线段或两组线段的定位点为依据，调整建模场景的透视关系以使该建模场景的透视关系与所述照片中的拟测建筑部位的透视关系匹配；
(5)依据步骤(2)所述定形尺寸绘制相应的几何图形，以该几何图形为建模尺寸参照面缩放步骤(3)所述照片，缩放后的照片与该建模尺寸参照面相匹配，以缩放后的照片为依据建立所述拟测建筑部位的三维模型；
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