葉文權(quán)　廖煒婷

摘要：目前國內(nèi)對(duì)一些大型古建筑文化遺產(chǎn)的傳統(tǒng)測量方法往往難以獲得十分準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，這使得專家們在對(duì)一些大型古建筑進(jìn)行修復(fù)時(shí)十分頭疼。而且在用一些傳統(tǒng)測量方法的測量過程中也存在對(duì)古建筑造成二次傷害的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)如今，隨著科研技術(shù)的發(fā)展，激光掃描硬件的總體水平也在不斷地進(jìn)步。因此，三維激光掃描技術(shù)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(duì)獲取到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采取配準(zhǔn)拼接處理，再對(duì)其進(jìn)行去噪簡化等操作，最后利用建模軟件3DMAX對(duì)大型的古建筑進(jìn)行三維模型的構(gòu)建的過程。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；點(diǎn)云數(shù)據(jù)；點(diǎn)云拼接；點(diǎn)云處理；三維建模

0引言

古建筑的保護(hù)和一些大型文化遺產(chǎn)的測量與修復(fù)一直是國內(nèi)較為重大高端的關(guān)注熱點(diǎn)，然而傳統(tǒng)的衛(wèi)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(shù)據(jù)準(zhǔn)確性并不高，其數(shù)據(jù)難以構(gòu)建出精準(zhǔn)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(shí)施性強(qiáng)、信息量豐富等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用在變形監(jiān)測、工程測量、地形測量、古建筑和文物保護(hù)、斷面和體積測量等領(lǐng)域。三維激光掃描技術(shù)原理是利用激光測距儀理論對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行激光測量從而獲得目標(biāo)數(shù)據(jù)，此技術(shù)可以更真實(shí)地掃描目標(biāo)對(duì)象的整體結(jié)構(gòu)以及形態(tài)特性，快速準(zhǔn)確地生成三維數(shù)據(jù)模型。研究至此可知，因三維激光掃描技術(shù)具有上述眾多優(yōu)點(diǎn)，使得其更加適合對(duì)細(xì)節(jié)特征豐富的大型建筑或者文化遺產(chǎn)展開提供三維數(shù)字化處理，由此達(dá)到的測量精度相對(duì)于傳統(tǒng)方法也隨即獲得了較大的提升。

基于此，本文即研發(fā)給出了通過三維激光掃描技術(shù)，將獲取到的目標(biāo)對(duì)象的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)拼接、去噪簡化等研究處理后，進(jìn)而又利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)探討、并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的三維模型構(gòu)建的全過程。

1地面三維激光掃描技術(shù)原理

地面三維激光掃描測量系統(tǒng)的工作過程，是通過反復(fù)的采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，分辨出由空間點(diǎn)所組成的點(diǎn)云圖來表達(dá)目標(biāo)對(duì)象的掃描結(jié)果。地面三維激光掃描儀的工作原理是首先發(fā)射出激光束，然后測得激光束從發(fā)射到返回的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間測得其斜距，在激光測量其斜距的同時(shí)，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(biāo)物體相對(duì)于激光掃描儀中心的三維坐標(biāo)。

如圖1所示，三維激光掃描儀位于坐標(biāo)原點(diǎn)，y軸為掃描儀固定方向，在橫向掃描面內(nèi)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(biāo)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(diǎn)的三維坐標(biāo)為：