基于三維激光掃描技術(shù)的建筑物三維建模

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于三維激光掃描技術(shù)的建筑物三維建模 摘要本文介紹了地面三維激光掃描的工作原理，研究了點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波去噪、點(diǎn)云拼接、曲面重構(gòu)等數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及三維建模，實(shí)例結(jié)果表明，基于地面三維激光掃描技術(shù)建立的建筑物三維模型可以較好地表達(dá)建筑物的幾何特征。 關(guān)鍵詞點(diǎn)云數(shù)據(jù) 三維激光掃描 點(diǎn)云拼接 三維建模 中圖分類號 P208 文獻(xiàn)碼 B 文章編號 1000-405X（2014）-5-203-1 1引言 三維激光掃描技術(shù)是一門新興的測繪技術(shù)，該技術(shù)可以真正做到直接從實(shí)物中進(jìn)行快速的逆向三維數(shù)據(jù)采集及模型重構(gòu)，無需進(jìn)行任何實(shí)物表面處理，快速獲得完整的原始測繪數(shù)據(jù)并高精度地重建掃描實(shí)物，

2、為獲取空間信息提供了一種全新的技術(shù)手段。它是一種先進(jìn)的全自動高精度立體掃描技術(shù)，又稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，是繼GPS空間定位技術(shù)后的又一項(xiàng)測繪技術(shù)革新。目前，激光三維掃描儀及其配套軟件的應(yīng)用前景廣泛，可以在文物保護(hù)、工廠改建、危巖體調(diào)查、變形監(jiān)測、橋梁改建、電力設(shè)施測量、大型工業(yè)設(shè)備的安裝監(jiān)測、溶洞調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化測量、城鄉(xiāng)規(guī)劃測量等方面的測繪發(fā)揮作用。本文基于RIEGL VZ-1000三維激光掃描成像系統(tǒng)，以某校圖書館大樓為研究對象，探討分析利用三維激光掃描儀獲取空間三維空間數(shù)據(jù)并建立建筑物實(shí)體三維模型的技術(shù)方法。 2地面三維激光掃描儀工作原理 地面型三維激光掃描系統(tǒng)工作原理為掃描儀發(fā)

3、射器發(fā)出一個激光脈沖信號，經(jīng)物體表面漫反射后，沿幾乎相同的路徑反向傳回到接收器，可以計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)P與掃描儀距離S，控制編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值和縱向掃描角度觀測值。三維激光掃描測量一般為儀器自定義坐標(biāo)系，X軸在橫向掃描面內(nèi)，Y軸在橫向掃描面內(nèi)與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直。 3建筑物三維建模過程 3.1數(shù)據(jù)采集 地面三維激光掃描獲得的原始數(shù)據(jù)由離散矢量距離點(diǎn)構(gòu)成，它是一個點(diǎn)的集合，稱之為“點(diǎn)云”。建筑物的表面模型即由這些點(diǎn)集構(gòu)成。在利用三維激光掃描儀對建筑物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，需依據(jù)實(shí)地的地形、建筑物的大小與復(fù)雜程度等因素，設(shè)計(jì)合理的掃描路線，確定標(biāo)靶數(shù)與標(biāo)靶位置，確定合理的

4、掃描范圍、采樣密度以及掃描距離。完成了相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，便可開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。地面三維激光掃描儀最終獲取的數(shù)據(jù)包括被掃描建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與外置相機(jī)獲取的影像信息。 3.2數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理一般包含下面幾個步驟：噪聲去除、多視對齊、數(shù)據(jù)精簡、曲面重構(gòu)。 （1）噪聲去除 除去點(diǎn)云數(shù)據(jù)中掃描對象之外的數(shù)據(jù)。在掃描過程中，由于某些環(huán)境因素的影響，比如移動的車輛、行人以及樹木等也會被掃描儀采集，這些數(shù)據(jù)在后處理時需要刪除。 （2）多視對齊 由于被掃描建筑物過大或形狀復(fù)雜，掃描時往往不能一次采集被掃描物體的所有數(shù)據(jù)，需要在不同位置設(shè)站進(jìn)行多視角掃描，而這些不同測站之間的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就需要對齊、拼接，這個工作稱之

5、為多視對齊。 （3）數(shù)據(jù)精簡 由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)是海量數(shù)據(jù)，在不影響曲面重構(gòu)和保持一定精度的情況下需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡。 （4）曲面重構(gòu) 為了真實(shí)地還原掃描目標(biāo)的本來面目，需要將掃描數(shù)據(jù)用準(zhǔn)確的曲面表示出來，這個過程叫曲面重構(gòu)。完成曲面重構(gòu)后，就可以進(jìn)行三維建模，還原掃描建筑物的本來面目。 3.3三維建模 通過采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建建筑物的三維模型通常有如下幾種構(gòu)造方法：三角形網(wǎng)格蒙片法，用來建立不規(guī)則幾何體的三維模型；運(yùn)用點(diǎn)云匹配算法，將分割后的點(diǎn)云與三維模型組件庫中的組件相對應(yīng)，用來建立規(guī)則幾何體的三維模型；從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中挖掘建筑物的重要邊界點(diǎn)、特征線、形體等信息，為建立建筑物的三維模型提高精確的空間幾

6、何信息，運(yùn)用Auto CAD或?qū)I(yè)建模工具3DSMax進(jìn)行建模。 4實(shí)例分析 本文以某校的圖書館大樓為例，利用RIEGL VZ-1000三維激光掃描儀對其進(jìn)行三維激光掃描數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)處理采用RIEGL公司開發(fā)的與儀器配套的Riscan Pro軟件，首先對原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾去噪，刪除雜點(diǎn)數(shù)據(jù)；然后在Riscan Pro軟件中，依據(jù)數(shù)據(jù)采集時布設(shè)的平面標(biāo)靶點(diǎn)，利用它們的高對比度特性完成各個站點(diǎn)之間的拼接，使所用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。將已經(jīng)完成的線框模型導(dǎo)入到3DSMax中，依據(jù)提取的圖書館大樓的表面特征線完成圖書館大樓的三維模型的建立，利用掃描時采集的圖書館大樓的數(shù)碼照片對三維模型進(jìn)行紋

7、理映射，使所建的三維模型更具有真實(shí)感，結(jié)果如下圖所示。 5結(jié)論 三維激光掃描技術(shù)為三維精確建模提供了一種快捷的數(shù)據(jù)采集與模型建立的方法。本文以某校圖書館大樓模型的建立為例，分析研究了利用三維激光掃描儀對建筑物進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)噪聲去除、多視對齊、數(shù)據(jù)精簡、曲面重構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)；針對去噪后存在的點(diǎn)云空洞現(xiàn)象，通過對建筑物特征線進(jìn)行提取，并采用基于線框模型的方法實(shí)現(xiàn)圖書館的三維表面模型。實(shí)例分析表明，基于地面三維激光掃描技術(shù)可以快速、高效地實(shí)現(xiàn)建筑物三維模型的建立。 參考文獻(xiàn) 1梅文勝，周燕芳，周俊.基于地面三維激光掃描的精細(xì)地形測繪J.測繪通報(bào)，2010，（1）：53-56. 2姚宏，姚娜，