基于三维激光获取点云的三维模型构建

叶文权　廖炜婷

摘要：目前国内对一些大型古建筑文化遗产的传统测量方法往往难以获得十分准确的数据信息，这使得专家们在对一些大型古建筑进行修复时十分头疼。而且在用一些传统测量方法的测量过程中也存在对古建筑造成二次伤害的风险。现如今，随着科研技术的发展，激光扫描硬件的总体水平也在不断地进步。因此，三维激光扫描技术也越来越成熟。三维激光扫描仪在一些大型建筑的测量工作中使用得也越来越广泛。三维激光扫描仪的工作原理，是先对获取到的点云数据采取配准拼接处理，再对其进行去噪简化等操作，最后利用建模软件3DMAX对大型的古建筑进行三维模型的构建的过程。

关键词：三维激光扫描；点云数据；点云拼接；点云处理；三维建模

0引言

古建筑的保护和一些大型文化遗产的测量与修复一直是国内较为重大高端的关注热点，然而传统的卫星影像、航空摄影等测量方法所获取到的大型建筑的空间数据准确性并不高，其数据难以构建出精准的三维模型。三维激光扫描仪因其具有高精度、高密度、高效率、实施性强、信息量丰富等优点被广泛运用在变形监测、工程测量、地形测量、古建筑和文物保护、断面和体积测量等领域。三维激光扫描技术原理是利用激光测距仪理论对目标对象进行激光测量从而获得目标数据，此技术可以更真实地扫描目标对象的整体结构以及形态特性，快速准确地生成三维数据模型。研究至此可知，因三维激光扫描技术具有上述众多优点，使得其更加适合对细节特征丰富的大型建筑或者文化遗产展开提供三维数字化处理，由此达到的测量精度相对于传统方法也随即获得了较大的提升。

基于此，本文即研发给出了通过三维激光扫描技术，将获取到的目标对象的点云数据进行配准拼接、去噪简化等研究处理后，进而又利用点云数据来设计探讨、并最终实现对目标对象的三维模型构建的全过程。

1地面三维激光扫描技术原理

地面三维激光扫描测量系统的工作过程，是通过反复的采集数据和处理数据，分辨出由空间点所组成的点云图来表达目标对象的扫描结果。地面三维激光扫描仪的工作原理是首先发射出激光束，然后测得激光束从发射到返回的时间，根据时间测得其斜距，在激光测量其斜距的同时，还可以通过三维激光扫描仪中的编码器记录下激光束的水平角和垂直角，從而可以解算出被测目标物体相对于激光扫描仪中心的三维坐标。

如图1所示，三维激光扫描仪位于坐标原点，y轴为扫描仪固定方向，在横向扫描面内与x轴垂直，z轴竖直向上，与横向扫描垂直，x轴由右手坐标系确定。图1中，s是斜距，a是水平角，θ是垂直角，那么可以得到扫描点的三维坐标为：