三維掃描后，怎么進行點云建模？

下面，我們從以下內容一步步探索：

·三維掃描是什么？

·三維掃描有什么優(yōu)勢？

·點云怎么產(chǎn)生？

·點云數(shù)據(jù)怎么處理？

·點云怎么建模？

一、三維掃描是什么？

三維激光掃描技術是上世紀九十年代中期開始出現(xiàn)的一項技術，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項測繪技術的突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術手段。



三維激光掃描技術利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)，越密集的點云創(chuàng)建的模型越精確（這個過程稱做三維重建）。



二、三維掃描有什么優(yōu)勢？

1.數(shù)據(jù)獲取自動化，一鍵式操作

三維激光掃描儀高度智能化，無需人工干預，三維激光掃描儀自動發(fā)射的激光即可測得目標物表面點的三維坐標信息，無需復雜操作，實現(xiàn)一鍵自動掃描。



2.“快”（ 100萬點每秒）

“快”是掃描儀誕生產(chǎn)生的概念，在常規(guī)測量手段里，一個點的測量需要花在2-5秒左右，在復雜的場景里，可能要花幾分鐘的時間對一點的坐標進行測量。

三維激光掃描儀的誕生改變了這一現(xiàn)狀，現(xiàn)在三維激光掃描儀最大速度已經(jīng)達到100萬點每秒，這是三維激光掃描儀對物體詳細描述的基本保證，古文體，工廠管道，隧道，地形等復雜的領域無法測量已經(jīng)成為過去式。



3.數(shù)據(jù)獲取全要素，高密度、高精度（誤差為毫米級）

三維激光掃描以水平和豎直方向同時全方位快速的獲取高精度，高分辨率的海量的點位數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場所有肉眼能見的物體（玻璃、水、鏡面反射物體除外）都可以掃描得到。



4.數(shù)據(jù)是三維矢量，簡單直觀

三維激光掃描儀每次測量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X,Y,Z點的信息，還包括R,G,B顏色信息，同時還有物體反射率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實再現(xiàn)的感覺。



5.非接觸測量方式，保證作業(yè)安全

采用非接觸目標的方法，人員無需接觸被測物體，即可直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，降低了測量風險。能有效避免異形建筑，危險場景（高空，電廠，輻射）的測量危險，為測量提供安全。



6.數(shù)字化兼容性好

通過直接獲取數(shù)字信號采集的數(shù)據(jù)，所以具有全數(shù)字特征，方便進行后期處理和輸出，與Revit、AutoCAD、SketchUp、ArchiCad、Bentley、Tekla等軟件有很好的共享性。



三、點云怎么產(chǎn)生？

點云是目標表面特性的海量點集合，點云越密集，反映的圖像細節(jié)和信息就越多。

當我們利用三維激光掃描儀掃描某一建筑表面時，我們可以得到大量密集的點，這些點帶有三維坐標（XYZ）、激光反射強度和和顏色信息（RGB）等信息，它們共同創(chuàng)建了可識別的三維結構。



下面，我們以Trimble三維激光掃描儀為例，一起來看下點云數(shù)據(jù)的具體創(chuàng)建過程。

Trimble三維激光掃描儀主要掃描過程和技術流程如下：

 

Trimble三維激光掃描儀最終采集的數(shù)據(jù)以點云和圖像的形式儲存在掃描儀設備里，運用Trimble RealWorks進行一定處理后，能獲取建筑物的相對位置信息、尺寸、紋理和形狀，進而建立真實的物體數(shù)據(jù)模型。 



四、點云數(shù)據(jù)怎么處理

在三維激光掃描的過程中，點云數(shù)據(jù)的獲取常常會受到物體遮擋、光照不均勻等因素的影響，容易造成復雜形狀物體的區(qū)域掃描盲點，形成孔洞。同時由于掃描測量范圍有限，對于大尺寸物體或者大范圍場景，不能一次性進行完整測量，必須多次掃描測量，因此掃描結果往往是多塊具有不同坐標系統(tǒng)且存在噪聲的點云數(shù)據(jù)，不能夠完全滿足人們對數(shù)字化模型真實度和實時性的要求，所以需要對三維點云數(shù)據(jù)進行去噪、簡化、配準以及補洞等預處理。



通過數(shù)據(jù)預處理，可以有效剔除點云中的噪聲和外點，在保持幾何特征的基礎上實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)簡化，并將不同角度掃描的點云統(tǒng)一到同一坐標系下，為后續(xù)的曲面構建及三維實體模型生成提供穩(wěn)健的數(shù)據(jù)基礎。



五、點云怎么建模？

點云建模需要利用實景建模軟件ContextCapture，ContextCapture可以更好地評估點云并生成更精確的三維模型。

ContextCapture可以對點云進行增強、分割、分類，并與工程模型相結合。利用ContextCapture的高級三維建模、橫截面切割、斷裂線和地形提取功能，能快速高效地對竣工條件進行建模并支持設計流程。


點云數(shù)據(jù)與實景影像融合成果

基于點云數(shù)據(jù)，ContextCapture還可以從生成非常龐大的可縮放地形模型。通過與原始數(shù)據(jù)源同步，可縮放地形模型可實時更新到最新。這樣做的價值在于，擁有所有數(shù)據(jù)的全局、最新和綜合表示，并用于使用各種顯示模式和執(zhí)行分析，以及生成動畫和可視化效果。

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