摘 要

三维激光扫描近几年才开始被广泛提及，由于跳出单点测量的传统限制，可以高效率、高精度的采集点云数据，其涉及的规模及领域不断扩大和深入。随着信息技术不断发展，数字校园在全国范围内广泛应用。校园空间信息获取在搭建数字校园的过程有着不可磨灭的作用。FARO 3D X 330能够非常方便的获得目标外表的三维点云数据，能够显著的提高复杂建筑物模型的精度和分辨率。本文结合三维激光扫描涉及的原理，使用FARO 3D X 330获取点云数据。详细介绍了点云数据处理的每个阶段，Geomagic Studio的建模原理是通过曲面片拟合来创建NURBS曲面模型，在实际操作中，重建流程分为三个阶段，点阶段到多边形阶段再到造型阶段。利用Geomagic建立NURBS曲面并最终生成模型的，并以南京工业大学2011学院教学楼为例，分析和详述了数据的处理以及实现流程。

关键词：三维激光扫描 数字校园 点云数据处理 三维建模 NURBS曲面

Application of 3D Terrestrial Laser Scanning to Map Building Surfaces

Abstract

Three-dimensional laser scanning in recent years began to be widely referred to, since out of the traditional limitations of single point measurement, high efficiency, high-precision point cloud data acquisition, which involves the field and scope is also expanding in the depth and breadth . IT development to the present, the digital campus in the country has been in full swing. Spatial information to build a campus in the process of digital campus has an indelible effect. FARO 3D X 330 can very easily obtain a three-dimensional point cloud data of the target surface, adapted to generate high-resolution, high-precision digital geographic model. In this paper, the principle of three-dimensional laser scanning involves using FARO 3D X 330 Get the point cloud data. Details of each stage of the point cloud data processing, given by using Geomagic NURBS surfaces and eventually establish a method to generate the model, and Nanjing University of Technology Institute of Teaching Building 2011, for example, detailed analysis and data processing as well as the implementation process .

Key Words: 3D laser scanning; Digital Campus; Point cloud data; 3D modeling

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文研究内容及结构安排 2

1.3.1 论文研究内容 2

1.3.2 论文结构安排 2

第二章 三维激光扫描技术 4

2.1 三维激光扫描系统 4

2.1.1 三维激光扫描系统原理 4

2.1.2 三维激光扫描系统分类 4

2.2 三维激光扫描特点及其应用领域 6

2.2.1 三维激光扫描特点 6

2.2.2 三维激光扫描应用领域 6

2.3 三维激光扫描仪误差分析 7

2.3.1 目标倾斜引起的误差 8

2.3.2 测角误差 9

2.3.3 外界环境变化引起的误差 10

2.3.4 激光测距误差 10

2.3.5 目标颜色以及粗糙程度导致的误差 10

第三章 建筑物点云数据获取 12

3.1 建筑物点云数据的测定 12

3.1.1 建筑物选取 12

3.1.2 站点架设 12

3.2 建筑物点云数据配准 14

3.2.1 点云配准模型 14

3.2.2 SCENECHS点云配准 15

第四章 Geomagic建筑物建模 18

4.1 Geomagic软件介绍 18

4.2 Geomagic点阶段 19

4.2.1 体外孤点以及非连接项删除 20

4.2.2 去噪分析 20

4.2.3 点云精简 21

4.2.4 填充点孔 21

4.2.5 点云封装 22

4.3 Geomagic多边形阶段 22

4.3.1创建流形 23

4.3.2 填充孔 23

4.3.3 砂纸打磨与松弛多边形 24

4.3.4删除钉状物 24

4.4 Geomagic曲面建模 24

4.4.1 轮廓线探测及修改 24

4.4.2 构造曲面片 25

4.4.3 构造栅格 25

4.4.4 拟合曲面 25

第五章 建模成果展示与质量分析 27

5.1 建模成果展示 27

5.2 建模成果质量评价 27

第六章 总结与展望 29

6.1 论文总结 29

6.2 不足与展望 30

参考文献 31

致谢 34

第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

三维激光技术由于可以出色的完成实景复制，因此被测绘领域的科学家看好^[1]。三维激光扫描技术发展非常迅速，为人们呈现了空间数据获取的全新形式。其将多项传统的测绘技术完整的融合在一起。相较于传统全站仪的人工单点测绘，它能够全自动、高精度、立体化扫描建筑物^[2]，前期不需要对建筑物投入任何成本，就能够快速的采集到建筑物外表的三维数据。提高了数字化信息采集的效率，大幅节省了时间和人力成本。并且三维激光扫描测量结果精确度高，所获得的阵列式离散空间点位信息接近真实情况，逆向还原出的三维模型真实可靠，是真正意义上的实景复制技术^[3]。

1998年，戈尔初次提出数字地球的设想。数字地球、数字城市、数字校园息息相关，而校园建筑物的数字化与建模历来是数字校园中最为重要的内容。当前技术条件下，数字校园的构建主要借助摄影测量技术，获取校园的DEM以及建筑的三维坐标，通过这些数据可进行几何建模，最后通过影像提取建筑物纹理对建筑物进行纹理贴图。但是，这种建模方式精度不高，模型也不美观，模型细节表现能力极差。通过三维激光扫描技术获取校园建筑物点云数据，基于这些点云数据完成对建筑物的建模，能有效的解决模型精度低，纹理差等缺点，并且可以在模型上任意量测，还可以提取特征数据。因此，三维激光扫描技术在数字校园三维建模领域有非常宽的应用前景。

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