PhotoModeler软件在复杂曲面形建筑设计中的应用.pdf

PhotoModeler 软件在复杂曲面形建筑设计中的应用1 1 1 苏毅 ，曾坚 1 天津大学建筑学院，天津(300072) E-mail：sillsuyi@163.com 摘 要： 本文以重建盖里波士顿儿童博物馆项目数字化模型为例，讲解用PhotoModeler软 件的近景摄影测量功能替代三维扫描获取自由曲面建筑模型形状信息的具体程序，以及减少 误差、获得较佳结果的经验。 关键词：PhotoModeler ，复杂曲面形建筑，近景摄影测量，数字化建筑模型，盖里 中图分类号：TU2 1. 引 言 复杂曲面形，在当代建筑设计中得到了日益广泛的应用。例如，美国盖里（Frank O. Gehry ）建筑设计事务所设计的位于西班牙毕尔巴鄂市的古根海姆博物馆，王弄极事务所和 我国航天建筑设计院等单位设计的北京天文馆新馆，以及北京 2008 年奥运会主体育场“鸟 巢”等——这些建筑构图中有很多复杂曲面形，给人留下了深刻的印象。 通常的商业建筑设计中，常采用先绘制平面、剖面和立面的线条草图，然后在 CAD 软 件中逐步深入绘制各种图纸，最后绘制三维表现图的方法。而对于复杂曲面建筑，这种从 二维草图开始的设计流程就不太适合——因为复杂三维曲面的截面投影线和三维曲面彼此 之间的交线难于由手工准确快速求得，用二维线图表现三维曲面也不直观。于是，盖里等 建筑师尝试了新的设计方法：先用手工制作的三维模型来推敲设计方案，然后在 CATIA 等 软件中进行计算机建模，而从传统手工模型向三维数字化模型转化的这一关键步骤，盖里 主要是采用多关节三维扫描仪辅助完成的——古根海姆博物馆就是其中的一个例子。[1] [2] 格拉戈·林恩（Greg Lynn ）和彼得·库克（Peter Cook ）等建筑师也在不同的项目中采用过 这种方法。[3] 图1 盖里事务所采用多关节三维扫描仪辅助从实物模型向数字化模型的转化 虽然采用三维扫描仪是一种行之有效的工作方式，但目前三维扫描仪还比较昂贵，限 制了这种方法在我国建筑事务所中的应用。本文介绍一种替代的方法——采用数码相机拍 摄和 PhotoModeler 软件进行计算机辅助近景摄影测量，采集手工模型表面的形状信息。 近景摄影测量，是先从多个角度为物体拍照，得到物体的一组相片；然后利用光线沿 直线传播原理，通过相片上原物体表面像点的位置，反求出光线，进而求出这些光线在三 维空间的近似交点，这些交点都落在原物体表面上。这样，原物体的形状就能以这些点为 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助课题 （20050056031 ）资助。 - 1 - 基础绘制出来。 其实，早在上世纪 60 年代，德国建筑师弗赖·奥托（Frei Otto ）在慕尼黑奥体中心膜 结构建筑设计中，就已经通过近景测量记录下肥皂膜表面的形状，作为其后绘制建筑工程 图的依据。不过，受当时技术限制，必须采用量测型专用照相机和摄影经纬仪，过程也比 较繁琐。[4] 2. PhotoModeler 软件的功能简介 2.1 PhotoModeler 简介 PhotoModeler 是由 EOS 公司研发的一种新颖的近景摄影测绘（Close-range Photogrammetry ）软件，它可支持普通数码相机，无需测量照相机空间位置和使用摄影经纬 仪。其主要特点还在于融合了“摄影测绘”和“三维建模”这两个过去相互独立的工作环 节，能更快地获取数字模型。[5] 2.2 PhotoModeler 功能 PhotoModeler 包括两个版本，PhotoModeler Pro 和 PhotoModeler Scanner ，前者包括4 个功能模块： （1）校准模块（A PhotoModeler Calibration project ）：可校准照相机和镜头； （2 ）标准模块（A Standa