【正文】 進行預處理、點云拼接、數(shù)據(jù)精簡、特征提取等步驟來恢復建筑物的三維模型，它直接從實物中采集目標的真實數(shù)據(jù)，無需對實物表面進行任何處理，所以所得到的模型具有更好的幾何完整準確性、更強的真實感，使計算機視覺更加客觀真實，因此，基于三維激光掃描技術的三維模型重建有很好的發(fā)展前景。三維激光掃描技術，又稱“實景復制技術”。采集空間點位信息，快速建立物體的三維影像模型的一種技術手段。三維激光掃描技術被認為是一種“實景復制技術” ，它是一種主動測量技術，具有無接觸、精度高、實時性強、快速、全數(shù)字特征等優(yōu)點，不但可以節(jié)約成本、降低勞動強度，而且其輸出格式可直接與CAD、三維動畫等工具軟件接口，故使用很方便。比如在古建筑物的修復和保存方面，可以通過無接觸來采集點云數(shù)據(jù)并建立文物的表面模型，所以在文物遭到破壞后能及時而準確的提供修復數(shù)據(jù)?？梢哉f三維激光掃描技術使測繪領域進入了一個新的發(fā)展階段。利用激光掃描儀得到的掃描數(shù)據(jù)進行三維地面實物模型重建首先對激光掃描儀掃描的數(shù)據(jù)提前處理一下，然后再對激光掃描儀獲取的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的配準，統(tǒng)一在同一個坐標系統(tǒng)條件之下，之后還要進行網(wǎng)格化等來建立三維模型。利用激光掃描技術獲得的掃描數(shù)據(jù)建立的地面實物立體模型能夠更好的在計算機世界中再現(xiàn)出現(xiàn)實中的地面實物我們知道，在現(xiàn)實世界中，所有物體都是具有三維空間信息的，因此，利用計算機重構現(xiàn)實世界中存在的全部實體是我們一直都感興趣的研究問題，三維激光掃描技術還可以無需對實物表面進行任何處理，從實物中采集目標的真實數(shù)據(jù)來重建三維模型，該模型將具有更強的真實感，更準的幾何信息。 研究意義三維激光掃描儀作為一項新的數(shù)據(jù)獲取手段，還可以深入到任何復雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間中進行掃描操作，并直接將各種大型的、復雜的、不規(guī)則、標準或非標準等實體或實景的三維數(shù)據(jù)完整的采集到電腦中，進而快速重構出目標的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù) [3]。在較大型的地面實物的三維模型的重建方面的研究雖然已經(jīng)取得了突破性的發(fā)展，但是還是有許多不完善的地方需要進一步研究，在大型地面實物模型重建方面還有很大的發(fā)展前景，但正因為它是一種新的技術手段，在好多方面還不太成熟，在具體應用過程中還存在各種問題需要研究解決?；谌S掃描儀獲取的三維掃描數(shù)據(jù)基礎上的三維地面實物模型重建技術普遍適用性差、推廣率低的缺點造成了該項技術的緩慢發(fā)展，如何應用點云數(shù)據(jù)建立實體表面模型，評價重建后的模型的精度，如何使三維激光掃描系統(tǒng)校正體系更加完善完善等問題都是目前地面三維激光掃描技術應用中亟待解決的 [4]。采用什么樣地方法來快速高效的重建地面三維模型并對該模型進行精度評定等上述問題都將會是我們以后研究的方向，如果采取有效的手段彌補應用中的缺陷不足，對以后建立完整的三維空間數(shù)據(jù)模型，進行精確的地理空間數(shù)據(jù)表達都有很重要的意義。最后真正實現(xiàn)最終數(shù)據(jù)的精確表達，盡可能地滿足不同層次用戶和精度的工作需要。本文的主要研究內(nèi)容如下：（1）闡述三維激光掃描技術的工作原理、簡單的介紹各種類型的地面激光掃描儀。 （3） 簡單介紹說明利用弟買按三維激光掃描技術來進行地面三維實物模型重建的基本流程并對每個步驟進行簡單闡述。第二章 地面三維激光掃描技術三維激光掃描技術是繼GPS之后的測繪領域的又一次技術改革，它通過激光掃描測量的方法，獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)。三維激光掃描儀作為一種新的空間數(shù)據(jù)采集手段，因為可以快速獲取大量三維空間信息，所以將具有廣闊的發(fā)展空間，它將會成為一種普遍在測繪領域應用的新技術手段 [5]。為我們下一章理解基于三維激光掃描技術的三維模型重建打下了基礎。我們應該根據(jù)我們的目的對三維激光掃描儀進行合理的選擇，下面我將要簡單地介紹一下各種類型激光掃描儀。按距離劃分，把. .. . ..學習參考掃描距離小于3m的三維激光掃描儀歸為短距掃描儀一類；把掃描距離大于3m小于30m的三維激光掃描儀歸為中距掃描儀一類；把掃描距離大于30m的三維激光掃描儀歸為長距一類；把搭載在飛機上的掃描距離大于1公里以上的三維激光掃描儀歸為航空一類。按掃描儀的成像方式分類，有攝影掃描式掃描儀、全景掃描式掃描儀、混合型掃描式掃描。而基于三維激光掃描技術的三維模型重建是以地面三維激光掃描儀為基礎的，在本章中，我將簡單介紹地面固定式三維激光掃描儀系統(tǒng) [6]。 三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、旋轉平臺組成，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要作用是將圖像采集卡送出的視頻信號進行精密測量、高速存貯，并且主處理機在適當?shù)臅r候取回數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，形成三維數(shù)據(jù)，以便進行后續(xù)的模型重建等應用。旋轉平臺支撐整個掃描系統(tǒng)，平臺上設置有方向角傳感器，在指令的控制下，它進行平穩(wěn)的啟動、停止、運轉，然后產(chǎn)生方位角脈沖信號，一遍視頻采集部分能夠從中分離出同步信號、方位角信號以及像點信號。在儀器內(nèi)，通過兩個同步反射鏡快速而有序的旋轉，將激光脈沖發(fā)射體發(fā)出的窄束激光脈沖一次掃過被測區(qū)域，測量每個激光脈沖從發(fā)出經(jīng)被測物表面再返回儀器所經(jīng)過的時間（或相位差）來計算距離，同時掃描控制模塊控制和測量每個脈沖激光的角度，最后計算出激光點在被測物體上的三維坐標。其工作原理為：首先由激光脈沖二極管發(fā)射出激光脈沖信號，經(jīng)過旋轉棱鏡，射向目標，然后通過探測器，接受反射回來的激光脈沖信號，并由記錄器記錄，最后轉換成能夠直接識別的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過軟件處理實現(xiàn)實體建模輸出。設測的的觀測距離為S，精密時鐘控制編碼器同步測量每個激光脈沖水平方向掃描角度觀測值α垂直方向掃描角度觀測θ。地面三維激光掃描系統(tǒng)主要由由三維激光掃描儀、掃描儀旋轉平臺、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)共同構成，集多種高新技術與一體，獲取三維空間信息 [9]。即不需要安置反射棱鏡也不需要接觸目標物，可以直接獲取目標物表面點的三維的高分辨率的數(shù)據(jù)而且目標物的表面也不用進行任何處理，而且所采集到的數(shù)據(jù)完全真實可靠，突破了傳統(tǒng)測量技術在環(huán)境惡劣、目標危險、人員無法到達而不能測量的缺陷，因此，在簡化了測量工作的同時也保證了測量人員的安全，避免了他們在復雜危險的環(huán)境下作業(yè) [10]，在解決目標危險或人員無法到達的情況下，具有非常明顯的優(yōu)勢。通過三維激光掃描技術可以大量快速的獲取目標物的三維空間信息，不但減少了工作時間，而且可以及時的獲取目標的空間信息，滿足了現(xiàn)代測量的需求。地面三維激光掃描系統(tǒng)通過探測自身發(fā)射的激光脈沖回射信號來描述目標信息，使得該測量不受時間和空間的限制，系統(tǒng)發(fā)射的激光束是準平行光，避免了常規(guī)光學照相測量中固有的光學變形誤差，這使實體實景的結構屬性和空間形態(tài)的描述更加準確和完整，同時，采集的三維數(shù)據(jù)更加具有準確實效性 [11]。在精密傳感工藝的支持下，對目標物進行自動立體采集，采集的點云數(shù)據(jù)由點的位置坐標數(shù)據(jù)構成，避免了由人工推導計算而產(chǎn)生不確定性的差錯，提高了測量成果的精度。數(shù)字自動化是當今社會發(fā)展的不可避免的趨勢，滿足了現(xiàn)代測量的需求 [12]。它們的配合使用拓寬了三維激光掃描技術的使用范圍，增強了使用功能，更全面、更準確的獲取更高精度的三維信息。得到的數(shù)據(jù)能夠與其他軟件進行數(shù)據(jù)共享及交換，可以和GPS、外接數(shù)碼相機配合使用，更好的拓寬了它的應用范圍，使用外置數(shù)碼相機的，增強了彩色信息的采集，更加全面的獲取掃描得到的目標信息。由于三維掃描技術的獨特優(yōu)勢，它被廣泛應用于各項工程建設領域，我們知道，傳統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)獲取主要有:GPS高精度定位、三維坐標測量機、全站儀等，但它們是單點采集，三維激光掃描技術無需設置反射棱鏡，在人員難以企及的危險地段可以進行無接觸測量，可以高密度、高分率的獲取物體表面的三維空間信息，但是目前其測量精度還不算很高。激光技術的引入，使測繪領域進入了繼GPS之后的一個新的發(fā)展階段。國外在三維激光掃描方面的研究較早，1994年，激光掃描儀和高分辨率的彩色圖像技術相結合重建了米開朗基羅的一個雕塑作品，1997年，加拿大NRC的ELHaim等科研人員通過激光掃描儀和CCD照相機固定在一個可以移動的小車上，建立了DCR并在1998年實現(xiàn)了一個室內(nèi)場景的三維建模系統(tǒng)。雖然國內(nèi)起步相對來說不算很早，但是在基于激光掃描技術的三維模型重建這項技術方面的發(fā)展還是不錯的，許多學者在這方面也做了不少研究工作。北京大學遙感和地理信息研究所得于海龍利用三維激光掃描技術進行了基于表面模型的重建方法研究。通過傳統(tǒng)測量儀器通過測量儀器獲得的離散點坐標來建立地面實物的三維模型是難以實現(xiàn)的，但是三維激光掃描技術可以使地面實物實現(xiàn)從二維到三維的轉化，三維激光掃描技術應用的領域非常廣泛。還可以直接進入到所要研究的區(qū)域內(nèi)并且通過激光掃描儀獲取的掃描數(shù)據(jù)還可以在后期工作中繼續(xù)使用。相信將來基于三維激光掃描技術的三維模型重建技術會更加簡單普遍，廣泛應用與各項工程建設。. .. . ..學習參考 國內(nèi)外三維模型重建的發(fā)展現(xiàn)狀這些年來，隨著社會的發(fā)展及三維激光掃描技術成本的降低，利用三維激光掃描儀快速高效獲取高精度的建筑物的三維數(shù)據(jù)重建出的三維模型幾何信息相當準確，非常逼近實物，因此，地面實物模型重建技術有很好的實際價值，值得我們做更進一步的研究。我們還可以將定期掃描的前后兩次的點云數(shù)據(jù)進行疊加，對比分析這兩次數(shù)據(jù)的差別，預測監(jiān)測體的變形趨勢和量級。 在城市建設中的應用在進行測站GPS定位之后，三維激光掃描儀得到的點云數(shù)據(jù)與大地坐標系是一致地，因此導入后處理軟件很容易得到DLG或DEM數(shù)據(jù)，用DEM數(shù)據(jù)可以建立高精度的數(shù)字地面模型；用地物數(shù)據(jù)可實現(xiàn)城市三維模型的建立。 在其他方面的應用三維激光掃描技術應用很廣泛，除了上述應用外，在現(xiàn)在正在進行的地籍測量中，利用三維激光掃描儀形成三維圖像，對獲取到的三維點云數(shù)據(jù)進行分析建模，在電腦上進行量測，相對于傳統(tǒng)的報表和圖件形式，既方便精度又高；在現(xiàn)在的雅安地震中，我們也可以通過三維激光掃描技術記錄現(xiàn)場的真實情況并進行分析，方便我們的災后重建工作。第三章 三維模型重建 相關概念介紹隨著社會的發(fā)展和科技的進步，目前，三維激光掃描技術廣泛應用于數(shù)字城市建設、變形監(jiān)測、歷史文物保存和恢復等測繪領域。（1） 點云：是在同一空間參考系下表達目標空間分布和目標表面特性的海量點集合。它的多少取決于掃描儀自身參數(shù)、建筑物大小和掃描精度等因素。（3） 全局坐標系：統(tǒng)一的全局坐標系，通常指大地坐標系，可以用傳統(tǒng)測量方法（GPS 或全站儀）獲得。（5） 數(shù)據(jù)精簡：對海量點云數(shù)據(jù)進行壓縮精簡，留下對后續(xù)處理和建模有用的凝縮數(shù)據(jù)，刪除不必要的空間數(shù)據(jù)。（7） 紋理映射：將數(shù)碼相機獲得的圖像信息恢復到模型表面的技術，可以通過重建模型的逼真的表面信息來產(chǎn)生仿真的視覺效果。隨著三維重建技術水平的提高，逐步形成了以地面掃描儀為核心，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理軟件為輔助的點云數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)具有全天測量、定位精度高、可提供全球統(tǒng)一的三維坐標系的優(yōu)勢，在掃描過程用，我們可以精確的測量出布設的控制點的坐標，這樣可以為坐標轉換提供參數(shù)，全站儀測量也可以滿足該項要求。相機固定在掃描儀頂部，與掃描儀內(nèi)部電腦進行連接，內(nèi)部電腦控制 CCD 數(shù)碼相機同激光掃描系統(tǒng)一起轉動，在掃描儀停止掃描的片刻，照相機會拍攝一定掃描角度內(nèi)的實物的圖片信息，用于后續(xù)處理工作，目前，通過各個系統(tǒng)的分工配合使該系統(tǒng)廣泛應用與各個工程建設領域。 三維激光掃描工作流程地面三維激光掃描技術流程大致分為計劃制定、外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。 點云拼接現(xiàn)實世界中存在的都是立體空間物體，它們都是具有三維空間特征