三维激光扫描点云数据组织与可视化
来源:    发布时间: 2012-11-20 13:33   2275 次浏览   大小:  16px  14px  12px
三维激光扫描点云数据的特点

(1) 立体化:点云数据包含了物体表面每个采样点的三维空间坐标,记录的信息全面,因而可以测定目标物表面立体信息。

(2) 数据量大:三维激光扫描获得的点云数据量非常大,一幅扫描点云图可能包含几万到几百万个扫描点。

(3) 密度高:点云数据在获取时,采样间距可由仪器设置,一些仪器设置的间隔可达1.0mm,为了便于建模,目标物的采样点通常都非常密。

 

三维激光扫描点云数据的特点

1)立体化:点云数据包含了物体表面每个采样点的三维空间坐标,记录的信息全面,因而可以测定目标物表面立体信息。

2)数据量大:三维激光扫描获得的点云数据量非常大,一幅扫描点云图可能包含几万到几百万个扫描点。

3)密度高:点云数据在获取时,采样间距可由仪器设置,一些仪器设置的间隔可达1.0mm,为了便于建模,目标物的采样点通常都非常密。

4)带有目标物光学特征信息:三维激光扫描系统可以接收目标物反射信号的强度,形成不同颜色的点,因此,三维激光扫描仪获得的点数据具有反射强度信息,即反射率。

三维激光扫描系统的数据处理

    1.数据获取

三维数据获取又称三维扫描或三维测量,扫描方式主要有接触式和非接触式两种。接触式获取数据的方法有三坐标测量仪,该仪器获取数据精度高,但扫描速度慢,要求高。目前,非接触式多使用光学方法。光学方法可以分为主动式和被动式。三维数据的主动式获取时在物体上发射激光,根据三角测距原理和光的传播时间差来进行三维坐标的技术。被动式是指不在物体上投射光,根据立体视觉原理、运动分析、阴影、纹理等来进行三维数据的恢复。

    2.坐标纠正

点云数据处理时,坐标纠正是最主要的数据处理之一,由于目标物的复杂性,通常需要从不同方位扫描多个测站,才能把目标物扫描完整,每一测站扫描数据都有自己的坐标系统,三维模型的重构要求把不同测站的扫描数据纠正到统一的坐标系统下。

    3.地理参考

点云数据被纠正到统一的仪器坐标系下,为了获得点云数据精确的地理位置,需要增加地理参考,把仪器坐标系下的点云数据纠正到大地坐标系或地理坐标系下。

    4.数据缩减

数据缩减是对密集的点云数据进行缩减,从而实现点云数据量的减小,通过数据缩减,可以极大地提高点云数据的处理效率。通常有两种方法进行数据缩减:

1)在数据获取时对点云数据进行简化,根据目标物的形状以及分辨率的要求,设置不同的采样间隔来简化数据,同时使得相邻测站没有太多的重叠,这种方法效果明显,但会大大降低分辨率;

2)在正常采集数据的基础上,利用一些算法来进行缩减。

    5.数据滤波

对于获取的点云数据,由于各方面原因,使激光扫描仪获取的数据总有一些噪声低于所用仪器的容忍度,噪声数据阻碍了建立的模型的正确解译,结果将导致重构的曲线、曲面不光滑,需要采用算法减少噪声,常用的滤波方法有高斯滤波、中值滤波、平均滤波。

    6.数据分割与数据分类

数据分割是点云数据表面特征提取和三维建模中的一项重要的数据处理过程。目前,主要有三种分割算法:基于边界的分割、基于表面的分割、基于扫描线的分割。

在逆向工程中,根据点云数据获取方式和数据处理的目的不同,对点云数据分类的方式也有较大的差异。根据几何曲面的复杂性,对曲面类型进行了层次划分,逆向工程中通常使用平面、球面、圆柱面、圆锥面、规则扫描面和一般的自由曲面等这些几何面的划分形式。

    7.曲面拟合

      曲面拟合是指确定扫描点云或分割后的点云子集所属表面类型的数学形式。曲面拟合的质量直接关系到三维激光扫描数据的模型重建质量。根据曲面的不同分类进行分割,选择不同的函数进行拟合,通过数学表达式建立函数与点云数据之间的关系。

    8.三维建模

三维建模时三维激光扫描技术应用的一个重要内容,三维激光扫描数据的模型重建技术室根据获取的三维激光扫描仪点云数据,经过数据处理,提取出建模所需要的数据,对物体进行实体造型,以得到三维模型。

    9.叠合二维图形

为了验证纠正后的点云图的地理参考是否准确,把建好的模型导入到AUTOCAD软件下,与原有的二维校园平面图叠合在一起,检查位置是否正确。

结果显示三维模型和二维校园平面图位置叠合较好,位置准确,模型在AUTOCAD软件下变成了线画图,可在线画图上测量,根据线画图可得到楼房的准确尺寸,可生产断面图等,把建好的三维模型纠正道测量坐标系下,与二维校园平面图叠合在一起,为校园空间信息的获取,网络发布,虚拟校园建设提供基础信息。

    10.纹理映射

为了增加模型的逼真性,通常三维实体模型上增加纹理,使其成为具有真实纹理的三维模型。在实体模型上增加纹理的意义在于:用图像来替代物体模型中的细节,提高模拟逼真度和系统显示速度。

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