刘友芹++岳文朝
摘 要：现在的科学技术日益发达，先进的技术在不断改变着我们的生活和生产方式。尤其是电脑计算机网络的发展，在此基础上开发了很多的办公软件，这样极大方便了我们的生活。现在的三维激光扫描的技术很方便，在建模的时候用这个技术极大帮助我们在工业测量或者是文物的修复上面。本文分析了三维激光的扫描系统作业的过程，通过点云的数据，进行处理，得到建筑物的信息参数，之后再构建三维的模型，这样就进行了建筑物的建模。
关键词：激光扫描技术 点云数据处理 三维建模
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0087-02
现在科学技术十分发达，先进的技术和仪器设备改变了我们的生活。在工作中也越来越离不开这些先进的技术了。三维激光扫描技术的出现，让我们在空间信息的获取上有了新的突破。现在得到的空间信息，很大程度上是依靠三维激光扫描技术。从20世纪80年代开始，就有了激光的测量技术，这项技术有很多的优点，比如方向更准确、亮度更高，所以受到青睐。技术继续发展，以后大家已经不能满足于点对点的模式了。所以，后来人们继续研究，发展到了能够获得很多采样点的三维空间的坐标，这就是通过三维激光扫描来实现的。这个技术现在也是一种实景的复制技术。它的问世，引发了测绘行业的技术革命。因为它改变了以前的单点测量的模式，实现了三维图形的绘制。这项技术从20世纪90年代开始应用，现在在空间位置的采集上面有重要的作用，更快、更方便，并且更准确。
1 三维激光扫描的工作原理
三维激光扫描仪是一种非常快的测量的系统，主要包括激光的测距仪，还有相关测量角度的系统组成等。这个仪器能够应对复杂的现场情况，通过对空间里面的物体进行快速大扫描，就能够得到一些数据。这些数据是通过激光的点进行接触，包括水平的方向，还有竖直的方向，测量好了数据就能够自动储存起来。经过进一步的计算，知道了点云的数据。这个仪器特别强大，最远能够测量千米以外的物体，而且它的工作频率1s能够达到几十万次，这是十分惊人的。它在竖直方向上面可以达到90度。在垂直于竖直方向的平面上，能够进行360度的旋转。所以，扫描的范围很大。扫描以后，数据通过TCPhP协议进行上传，进入到计算机里面。还有一些相机拍摄的图片，我们可以把存储卡里面的图片传播到电脑里面。计算机把测量的点云数据处理以后，就可以用画图工具进行画图了。建筑物的三维模型就能够出来了。三维坐标就是由XYZ轴组成的，其中X和Y轴在一个平面里，互相垂直，Z轴垂直于这个平面。
在一个三维的激光扫描系统里面主要有三部分，扫描仪、计算机，还有一些供电的电源。我们说的激光扫描仪，带有激光的测量距离大系统，还有激光的扫描仪器，这些系统自己就可以进行数据的控制还有校正处理。仪器里面有两个反射镜子，能够同时工作，它们在工作的时候不停地旋转，这样，就把脉冲发射出去的激光扫描出来了，这些激光脉冲从发射到返回是有一定的时间的。计算这个时间，然后通过一定的公式就能计算出物体表面的距离。扫描仪里面有一定的编码器，可以进行数据编码。通过测量激光脉冲在横向上和竖直方向上进行扫描时候的角度，就能够得到被测的云点的三维坐标。激光扫描系统里面不仅能够得到角度和距离，还能够得到一些反射强度的数据，这样就能够给那些反射的点进行颜色的配比了。有时候，就要把公共的点也应用起来，因为在不同的站点时候，需要变换数据。这样，就能够把不同站点测量的数据放到一个坐标里面去。对待公共的点，通常用球形的目标，而那些点云的数据，就通过特殊的合适保存在电脑里。所以，购买软件的时候，就要一起购买匹配的读取软件。这里，OPTEC的ILRIS一3D，Cyrax 2500的yclone和LMS-Z420都是很好的数据处理软件。它们都能进行数据的测量和处理还有三维建模等。
2 建模过程
2.1 数据获取
从空间采集数据是一项专业性非常强的工作。现在的激光扫描非常先进，能够准确得到三维空间里的点集。我们之前就使用过软件平台PdSCAN PRO，通过控制RIEGL里面的三维激光扫描仪，实现了对某个建筑物的扫描，并且我们用了一切能够使用的技术，得到最佳的信息。我们把采集到的点进行绘制，在一个坐标系里集合起来。这样我们就得到了一系列的点云。
2.2 数据处理
我们对采集到的数据要进行合理的处理，这就包括对这些点进行一些有关信息的提取还有去噪声。有些识别方面不是很对，也要进行改正。这时候，我们需要注意，我们不光要弄清楚建筑物里面的数据，也要把建筑物周围进行研究和分析，这些数据也要得到。只有这样才能把建筑物从周围环境里面提取出来，方便我们以后的工作。所以，要用合适的分离办法进行提取数据的工作。有些数值比仪器的高度小。那么我们就把这些数看成是地形的点。反之，就看成是地物的点。一定要进行数据的去噪声。只有这样才能把建筑物附近的遮挡物去掉，让我们看到建筑物本来的面貌。我们现在主要用软件RISCAN PRO做去噪声的工作。这时候，我们就要根据激光扫描的情况去辨别了。看看回来时候的信号是大是小，要是比标准值小的话，这个值就是没有意义的。这时候就要进行过滤，去除那些不正常的值。在有必要的时候，我们也会利用曲面拟合的办法，这样把那些遮挡物的数据去除掉。我们就是用得到的特殊的点和特殊的面去构建建筑物的平面图。
2.3 三维建模
三维建模是很重要的一步，上面的工作完成以后，就要进行三维建模了。主要是通过重新采样还有相互拼接和匹配去完成三維空间的建模。
在重新采样上面，我们就是在一定的全局，把控建筑物的总体情况，把原来的数据拆开，重新采取数据。这样，我们就能够得到更加准确的数据，可以让我们更加了解建筑物的情况。进行重新采样的时候，具体的工作顺序是，先进行扫描，这样就得到了很多分段的曲线。这些曲线，从上面到下面，依次进行二次的拟合。这样就可以得到很清晰的距离图像了。然后我们继续工作，进行检验，主要是查看深度，还有拟合的那些点在方向上面是不是连续的，如果是连续的，那么就生成边缘的映射图像。这样进一步工作，就能够得到三维图像的边缘。充分利用二维码的网格，这样，通过那些链接我们就知道了不同的边缘链接。通过这些不同的边缘上面的链接，就可以看到哪些是拐点。所以，继续工作，把那些长度较小的边缘链接去掉，留下合适长度的边缘链接。这时候，要看用户的需求，把距离上的图像进行等分。每一个小的图像之间会有一些重叠的部分。这样是为了进行我们的重新采样工作。完成重新采样工作以后，就把这些不同坐标系里面的点进行坐标的转换，放到一个坐标系里面，从而形成了一个立体的模型。为了使图像的效果更好，我们可以使用RISCAN PRO软件中的纹理映射功能。纹理映射功能就能够把那些数据充分展现在模型里面。在这个工具里面，就有了不同的坐标的位移，还有法向量等。进行纹理映射功能就是要先找到纹理的特点，然后形成合适的特征图像，同时把这个图像和三维建模里面的映射建立一种关系，从而可以把映射到模型进行运算。
3 结语
综上所述，我们知道了激光扫描技术能够对物体进行三维模型的建立，极大方便了我们的工作。
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