基于三維激光獲取點云的三維模型構建

葉文權　廖煒婷

摘要：目前國內對一些大型古建筑文化遺產的傳統測量方法往往難以獲得十分準確的數據信息，這使得專家們在對一些大型古建筑進行修復時十分頭疼。而且在用一些傳統測量方法的測量過程中也存在對古建筑造成二次傷害的風險。現如今，隨著科研技術的發展，激光掃描硬件的總體水平也在不斷地進步。因此，三維激光掃描技術也越來越成熟。三維激光掃描儀在一些大型建筑的測量工作中使用得也越來越廣泛。三維激光掃描儀的工作原理，是先對獲取到的點云數據采取配準拼接處理，再對其進行去噪簡化等操作，最后利用建模軟件3DMAX對大型的古建筑進行三維模型的構建的過程。

關鍵詞：三維激光掃描；點云數據；點云拼接；點云處理；三維建模

0引言

古建筑的保護和一些大型文化遺產的測量與修復一直是國內較為重大高端的關注熱點，然而傳統的衛星影像、航空攝影等測量方法所獲取到的大型建筑的空間數據準確性并不高，其數據難以構建出精準的三維模型。三維激光掃描儀因其具有高精度、高密度、高效率、實施性強、信息量豐富等優點被廣泛運用在變形監測、工程測量、地形測量、古建筑和文物保護、斷面和體積測量等領域。三維激光掃描技術原理是利用激光測距儀理論對目標對象進行激光測量從而獲得目標數據，此技術可以更真實地掃描目標對象的整體結構以及形態特性，快速準確地生成三維數據模型。研究至此可知，因三維激光掃描技術具有上述眾多優點，使得其更加適合對細節特征豐富的大型建筑或者文化遺產展開提供三維數字化處理，由此達到的測量精度相對于傳統方法也隨即獲得了較大的提升。

基于此，本文即研發給出了通過三維激光掃描技術，將獲取到的目標對象的點云數據進行配準拼接、去噪簡化等研究處理后，進而又利用點云數據來設計探討、并最終實現對目標對象的三維模型構建的全過程。

1地面三維激光掃描技術原理

地面三維激光掃描測量系統的工作過程，是通過反復的采集數據和處理數據，分辨出由空間點所組成的點云圖來表達目標對象的掃描結果。地面三維激光掃描儀的工作原理是首先發射出激光束，然后測得激光束從發射到返回的時間，根據時間測得其斜距，在激光測量其斜距的同時，還可以通過三維激光掃描儀中的編碼器記錄下激光束的水平角和垂直角，從而可以解算出被測目標物體相對于激光掃描儀中心的三維坐標。

如圖1所示，三維激光掃描儀位于坐標原點，y軸為掃描儀固定方向，在橫向掃描面內與x軸垂直，z軸豎直向上，與橫向掃描垂直，x軸由右手坐標系確定。圖1中，s是斜距，a是水平角，θ是垂直角，那么可以得到掃描點的三維坐標為：