基于地面三维激光扫描仪的数据处理及模型重建

摘要

随着三维激光扫描技术的日益成熟,这一技术在生产生活中的应用越来越广泛,诸如数字城市、数字博物馆、逆向工程等逐渐融入人们的生活中,三维激光扫描仪以得天独厚的优势,在文物保护、滑坡监测、地形测绘、大型构筑物变形监测、土方测量、管道设计、桥梁以及工业模型制造等相关领域的建设中有着广泛应用;随着基于点云数据的三维建模技术的广泛应用,如何通过点云数据建立完整、精确的三维空间信息数据模型具有重要的研究意义。
　　本文以三维激光扫描仪三维模型重建为目的,以点云数据为基础,对三维激光扫描技术在国内外的研究现状、工作原理以及分类进行了阐述,并分析了三维激光扫描仪的技术特点及其在各个领域的应用。分析了地面三维激光扫描仪获取数据的流程以及采集过程前后的注意事项,对三维激光扫描仪获取的点云数据的特点及格式进行了探讨,通过对点云数据配准、数据去噪、数据精简等步骤分析了点云数据预处理的过程。基于数据采集的实际情况对地面三维激光扫描技术的主要误差来源以及影响因素进行分析和总结,通过运用六段解析法对三维激光扫描仪的测距精度进行了检校,验证了三维激光扫描仪应用于传统三维建模的精度可行性。针对离散的点云数据讨论了点云的等值线提取的方法,重点介绍了凸包算法和基于截面的轮廓线提取的方法,将三维转换为二维的问题来处理实现了轮廓线的间接三维提取。通过基于向量叉积的时钟方向判断的凸包算法对特征线提取,用时钟顺序简单易于理解的思维替代了对传统凸包左转的理解,并且编写程序实现了对点云数据的某一指定坐标区间段的数据特征包裹线的提取。运用拉格朗日插值、多项式拟合和三样条函数拟合三种曲线的光滑处理方法分别对稀疏的点云数据进行光滑拟合,检验了样条拟合在曲线光滑处理方面的优越性。使用Geomagic Studio逆向工程处理软件对实验采集的点云数据进行了一系列的三维建模的数据处理,对不同的采样方法以及处理过程中其他不同的操作方式的效果进行对比,对基于点云数据的三维建模的过程进行了实际的操作,最后完成了点云数据的三维重建。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 三维激光扫描技术的研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 三维激光扫描技术

2.1 三维激光扫描仪原理

2.2 三维激光扫描仪的分类

2.3 三维激光扫描仪的特点及应用

2.4 几种常见的地面三维激光扫描仪介绍

第3章 三维激光扫描仪点云获取及数据预处理

3.1 点云数据的获取

3.2 点云数据

3.3 点云数据的预处理

3.4 点云数据误差来源分析

3.5 三维激光扫描仪测距精度检校

3.6 本章小结

第4章 点云数据的特征提取

4.1 点云数据的等值线提取

4.2 基于凸包算法的特征线提取程序实现

4.3 轮廓线的特征提取

4.4 特征线的光滑处理

4.5 本章小结

第5 章 三维模型重建

5.1 物体的三维表示

5.2 三维模型曲面重建

5.3 三维重建实例

5.4 三维重建模型的质量评价

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 论文总结

6.2 不足与展望

参考文献

附 录

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢