论文总字数：14710字

摘 要

- —基于三维激光扫描的校园构筑物精细三维建模

近年来三维激光扫描在各行各业都得到了不错的发展。随着信息技术不断发展，点云数据的获取和处理在搭建数字校园的过程起到关键作用。为丰富数字校园信息，本文给出基于三维激光扫描仪所获得的点云数据来实现校园建筑物三维建模的方法。本文将以南京工业大学南苑亭榭景观为例，结合三维激光扫描和点云建模的相关原理，以 FARO 3DX 330扫描仪采集点云数据，并用处理点云数据，最终通过NURBS 曲面完成精细模型。点云数据在每个阶段的处理以及实现流程本文将结合实例详细地介绍。文章最后对成果模型质量进行了客观评价，同时总结了操作过程产生的问题并提出了展望。

关键词： 数字校园 精细建模

Abstract

—3D Modeling of Campus Structures Based on 3D Laser Scanning

In recent years, three dimensional laser scanning has been well developed in all walks of life. With the continuous development of information technology, the acquisition and processing of point cloud data plays a key role in the process of building digital campus. In order to enrich the information of digital campus, this paper presents the method of 3D modeling of campus buildings based on the point cloud data obtained by 3D laser scanner. This paper takes the pavilion landscape of south garden, as an example, and combines the principle of three-dimensional laser scanning and point cloud modeling, taking the FARO 3DX 330 scanner to collect point cloud data, and processing point cloud data with studio, and finely complete the fine model by fitting the NURBS surface. The processing and implementation process of point cloud data at each stage will be introduced in detail in this paper. At the end of the paper, the quality of the result model is evaluated objectively. At the same time, the problems in the process of operation are summarized, and the prospects are put forward.

Keywords: 3D laser scanning; digital campus; point cloud modeling ;Fine modeling

目录

第一章. 绪论 Ⅰ

1.1 研究背景 1

1.2国内外发展现状 2

1.3研究内容 3

1.3.1 论文研究内容 3

1.3.2 论文结构安排 3

第二章. 三维激光扫描和点云建模 4

2.1.三维激光扫描系统原理 4

2.2 点云数据三维建模 5

2.2.1 点云建模介绍 5

2.2.2 点云建模的流程 6

2.3 点云的误差 7

2. 3.1 误差来源 7

2. 3.2 误差分析 8

第三章. 点云数据的获取 11

3.1 数据采集流程 11

3.1.1 建筑物选取 11

3.1.2 站点设置 12

3.2 点云配准 13

3.2.1 点云配准模型 13

3.2.2 点云配准 14

1. 建筑物建模 17

4.1 Studio介绍 17

4.2 点阶段 18

4.2.1 体外孤点以及非连接项删除 19

4.2.2 点云去噪 19

4.2.3 点云消冗 20

4.2.4 填充点孔 22

4.2.5 点云数据的封装 22

4.3 多边形阶段 23

4.3.1 创建流形 23

4.3.2 填充孔洞 23

4.3.3 平滑多边形 23

4.3.4 删除钉状物 24

4.4 曲面建模 25

4.4.1 轮廓线的提取与修改 25

4.4.2 曲面片与栅格的构建 25

4.4.3 NURBS 拟合曲面 26

4.5 成果展示 26

4.5.1 最终成果展示 26

4.5.2 质量评价 27

第五章. 毕设总结 28

6.1 论文总结 28

6.2 不足与展望 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 研究背景

近些年, 在社会各领域作用越发重要；激光扫描技术在全球定位、虚拟现实技术、数字城市、微小比例模具建模方面都有广阔的应用前景。更是悄无声息地改变了测绘领域的工作模式，如故宫太和殿的三维模型重建和北京奥运会主体育场鸟巢的建设项目等国内外出色案例^[1]，正逐渐凸显其无法取代的优越性，纵向对比传统的纸质二维地图，三维激光技术显然更能能满足现代人们对于的空间属性信息的要求；并且横向对比起传统的人工单点测绘，其扫描速度快、扫描精度高、成像逼真，前期不投入少等特点，能大幅度提高数字信息采集的效率，从而节省了大量时间人力方面的支出。并且由于三维激光扫描测量出的离散空间点位信息精确度高，通过参照式逆向建模可真正意义上实现实景的复制^[2]。

1998年，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心初次提出“数字地球”的设想。其核心思想是把地球当作地理数据的三维多分辨率存储器。那么数字国家是更小的单位，以此类推，数字校园也是其重要部分。而校园教学楼等建筑物的数字化与建模是数字校园中最为重要的内容。随着信息技术的发展,数字城市的建设已经形成全国性的。传统方法是利用摄影测量技术获取建筑物的三维数据，建立校园的 DEM网络后使用这些数据可进行。但是这种建模成果在纹理细节方面存在很大的瑕疵，尤其是通过影像提出获得的表面贴图往往在精度方面很有问题。而通过获取校园建筑物得，并通过完成建筑物的建模，能避开传统方法的短板并节约大量成本。

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