【正文】 公司的 GS 100 以及 Optech 公司 ILRIS3D 等三 維激光掃描儀。 ctS 21? （ 21） 其中，測(cè)量距離為 S ，光速為 c ，測(cè)距脈沖往返時(shí)間為 t 。 ①脈沖式測(cè)距 由三維激光掃描儀系統(tǒng)內(nèi)部激光 脈沖二極管以每秒幾萬(wàn)點(diǎn)速度發(fā)射激光脈沖，激光脈沖經(jīng)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部快速旋轉(zhuǎn)的棱鏡，以激光束的形式射向被掃描場(chǎng)景，然后由系統(tǒng)內(nèi)部探測(cè)器接收由場(chǎng)景表面反射回來(lái)的激光脈沖① (如圖 22 所示 )。 1. 激光測(cè)距系統(tǒng)。 圖 21 掃描方法分類 三維激光掃描工作原理 三維激光掃描系統(tǒng)核心部分是三維激光掃描儀，其附屬設(shè)備包括數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件、掃描儀旋轉(zhuǎn)控制平臺(tái)、電源、支架、內(nèi)部校正系統(tǒng)等。根據(jù)非接觸式掃描儀測(cè)量原理的不同，可劃分為電磁波測(cè)量、光電學(xué)測(cè)量、超聲波測(cè)量等不同測(cè)距方法；接觸式測(cè)量主要有機(jī)械臂和銑削測(cè)量機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (CMM)等。對(duì)此，眾多學(xué)者在該領(lǐng)域進(jìn)行探索和研究，總結(jié)出多種數(shù)據(jù)獲取方法，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方法與三維掃描儀裝置性能、構(gòu)造、適用范圍、成本等有直接關(guān)系。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 第二章 點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型重建處理流程 167。 第六章：結(jié)論與展望。首先概述了三維模型重建方法，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維模型重建方法，介紹 Delaunay 三角網(wǎng)剖分，本文嘗試基于 Delaunay 三角網(wǎng)剖分的 三維表面網(wǎng)格模型重建，在 Geomagic Studio 10 系統(tǒng)中以人機(jī)交互的方式構(gòu)造出三維模型，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速重建三維表面重建。接著介紹了基于 ICP 算法的配準(zhǔn)方法，并給出了基于間接平差的 ICP 算法，對(duì)于配準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，最后給出實(shí)際應(yīng)用例子。 第四章：點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。 第三章：點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理。 第二章：三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型重建技術(shù)研究。 本文結(jié)構(gòu)與安排 本文共六章，按照下列章節(jié)進(jìn)行組織： 第一章：緒論。本文嘗試基于 Delaunay 三角網(wǎng)剖分4 于明旭 基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的三維模型重建技術(shù)研究 2020. 5 模型重建，在 Geomagic Studio 系統(tǒng)中以人機(jī)交互的方式構(gòu)造出三維模型，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維重建。 3. 對(duì)于配準(zhǔn)之后的深度數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型重建。 針對(duì)三維激光掃描數(shù)據(jù)特點(diǎn)，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，之后配準(zhǔn)，在配準(zhǔn)中提出在粗配準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行 ICP 算法精配準(zhǔn)，在 ICP 算法中如果初始位姿選擇不準(zhǔn)確 ， ICP 算法很有可能陷入局部收斂，而不是全局收斂。 2. 重建核心問(wèn)題在于點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和三維模型構(gòu)建。為實(shí)現(xiàn)基于三維激光掃描數(shù)據(jù)快速建模 ，推動(dòng)基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的模型重建技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，本文完成如下內(nèi)容： 1. 介紹激光掃描儀獲取三維信息的原理和流程以及三維激光掃描儀的發(fā)展趨勢(shì)，此外列舉了幾款比較常用的三維激光掃描儀性能參數(shù)指標(biāo)。 167。 2. 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)算法雖然很多，但算法的通用性差，限制條件多，目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定配準(zhǔn)精度。這些工作為我國(guó)三維激光掃描技術(shù)在模型重建領(lǐng)域的研究和應(yīng)用奠定了 基礎(chǔ)。秦俑二號(hào)坑遺址的發(fā)掘引入地面三維激光掃描技術(shù) [9]。在考古方面開(kāi)展大量的研究工作，如故宮博物院古建筑數(shù)字建模項(xiàng)目已經(jīng)建成，它是目前世界上規(guī)模較大的基于三維激光掃描數(shù)據(jù)表面模型重建作品。 近年來(lái)，我國(guó)在三維重建領(lǐng)域也開(kāi)展了一系列三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐工作，一些科研單位將三維激 光掃描技術(shù)應(yīng)用于建筑物三維重建，工業(yè)零件設(shè)計(jì)模型重建，文物保護(hù)等領(lǐng)域。美國(guó)加大柏克萊分校的研究員 Frueh等人將航空激光三維掃描數(shù)據(jù)和地面的車載激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，制作三維模型 [5]。美國(guó) Cyberware 公司與華盛頓大學(xué)、斯坦福大學(xué)共同實(shí)施數(shù)字米開(kāi)朗基羅計(jì)劃 [23]，使用三維掃描技術(shù)重建了米開(kāi)朗基羅塑造大型塑 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 像，此項(xiàng)工作被納入到羅馬數(shù)字城市組建工作中，是三維激光掃描技術(shù)在三 維模型重建領(lǐng)域應(yīng)用的先河。因此 國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者 在三維激光掃描技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了一系列三維重建實(shí)踐工作。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，由于種種原因，反映實(shí)體形狀的數(shù)據(jù)不可避免地會(huì)有所丟失，而三維激光掃描技術(shù)不僅記錄掃描物體原始的三維信息，還可以通過(guò) CCD 數(shù)碼相機(jī)同步記錄紋理信息，這為重建高精度三維模型提供必要條件。實(shí)踐證明，通過(guò)三維激光掃描技術(shù)采集三維信息構(gòu)建的三維模型是客觀場(chǎng)景三維信息采集、整合、分析和處理手段的一次具有重要意義的變革。 研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題 三維掃描重建技術(shù)研究現(xiàn)狀 目前，隨著三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展，快速、高效地采集客觀場(chǎng)景三維信息已成為現(xiàn)實(shí)。 本文利用三維激光掃描技術(shù)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型重建，旨在 解決三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取、點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合與表面模型重建及紋理映射方面問(wèn)題，探索出高效、精確的三維掃描建模流程，研究場(chǎng)景建模關(guān)鍵技術(shù)，積累點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)科研做準(zhǔn)備。可以預(yù)言，三維激光掃描技術(shù)將在真實(shí)世界的三維重建中發(fā)揮不可估量的作用。 基于激光掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建的三維模型，可以完全滿足 小到數(shù)字化零部件、大到數(shù)字化地球重建的需要。 3. 在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域： 通過(guò)三維掃描技術(shù)采集場(chǎng)景立體模型，將它輸入三維動(dòng)畫(huà)軟件，形成數(shù)字化“虛擬現(xiàn)實(shí)”。他是 根據(jù)已有 實(shí)體模型 ，通過(guò) 反求技術(shù)， 推導(dǎo) 出設(shè)計(jì) 產(chǎn)品的數(shù)據(jù)過(guò)程，這正是三維掃描重建技術(shù)研究的內(nèi)容。如果將文物立體色彩數(shù)字模型輸入到虛擬系統(tǒng)中，可建立數(shù)字虛擬博物館。在不直接接觸文物的條件下，我們可以對(duì)其進(jìn)行研究，這是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取手段不可比擬的優(yōu)勢(shì)。使用三維激光掃描儀獲取場(chǎng)景三維信息重建的三維實(shí)物模型具有照片真實(shí)感和幾何準(zhǔn)確性，這是其他三維重建技術(shù)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在虛擬現(xiàn)實(shí)、城市規(guī)劃、地形勘測(cè)、數(shù)字考古、數(shù)字文物、數(shù)字娛樂(lè) (游戲、動(dòng)畫(huà)、電影 )、數(shù)字博物館、數(shù)字城市、數(shù)字地球等領(lǐng)域中體現(xiàn)出重要價(jià)值： 1. 在文物保護(hù)領(lǐng)域： 在文物保護(hù)方面，利用三維掃描儀的非接觸式掃描特性可以避免損傷文物，可以全面完整的獲取文物表面和外形尺寸以及文物的紋理色彩信息。三維掃描儀恰恰是針對(duì)三維信息領(lǐng)域的發(fā)展而研制開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)輸入信息的前端設(shè)備，掃描后的客觀場(chǎng)景三維信息可在計(jì)算機(jī)上顯示，三維激光掃描技術(shù)本質(zhì)是立體測(cè)量技術(shù)，通過(guò)獲得實(shí)體表面點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)描述物體的特征。然而 ，隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，將客觀世界三維信息方便、快捷、高效地轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)相關(guān)設(shè)備可以識(shí)別、分析和處理的信息不在是人類的夢(mèng)想?？陀^真實(shí)場(chǎng)景在虛擬世界中再現(xiàn)過(guò)程，稱為三維重建。 選題背景、目的及意義 選題背景 人類生存在三維立體世界中，完備和準(zhǔn)確地獲取真實(shí)物體三維信息是再現(xiàn)客觀世界的必要手段，因此獲取與處理三維信息技術(shù)體現(xiàn)出我們對(duì)客觀世界的把握程度。 總 結(jié) ................................................................ 53 167。 本文模型重建方法 ..................................................... 48 多邊形修整 ........................................................ 48 曲面編輯 .......................................................... 49 文件輸出 .......................................................... 50 紋理映射 .......................................................... 52 167。 三維重建方法概述 ..................................................... 42 167。 小結(jié)與實(shí)例 ........................................................... 41 第 五 章 三維模型重建 .......................................................... 42 167。 基于 ICP 算法的點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn) ........................................... 35 算法描述 .......................................................... 35 常用解算方法 ...................................................... 36 本文解算方法 ...................................................... 37 167。 配準(zhǔn)概述 ............................................................. 27 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .................................................... 27 配準(zhǔn)定義 .......................................................... 28 配準(zhǔn)原理 .......................................................... 28 配準(zhǔn)誤差解算 ...................................................... 31 167。 小結(jié)與實(shí)例 ........................................................... 25 第 四 章 點(diǎn)云 數(shù)據(jù) 配準(zhǔn) .......................................................... 27 167。 介紹 ................................................................ 15 167。 點(diǎn)云數(shù)據(jù)表示方法及特點(diǎn) ............................................... 12 點(diǎn)云數(shù)據(jù)表示方法 .................................................. 12 點(diǎn)云數(shù)據(jù)特點(diǎn) ...................................................... 12 167。 本文結(jié)構(gòu)與安排 ........................................................ 4 第二章 點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型重建處理流程 ............................................... 5 167。 研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題 .................................................... 2 三維掃描重建技術(shù)研究現(xiàn)狀 ............................................ 2 存在問(wèn)題 ........................................................... 3 167。 ……………………………… . 關(guān)鍵詞：三維重建、點(diǎn)云、配準(zhǔn)、三維模型 The Reseach of 3D Reconstruction from Laser Scan Data Master Candidate： Yu Mingxu Supervisor： Prof. Xiuguo Liu ABSTRACT With the development of science and technology, the methods and means of measurement which is from the ancient tools such as string and ruler to 3D Laser Mapping system, changing every day, the 3D Laser Scanning technology is the hundredpercent leading one in surveying and mapping domain after GPS technology. Its advantages include large scale of data, high precision, fast collection of data,