三维激光扫描技术应用实验教学大纲

第一篇：三维激光扫描技术应用实验教学大纲

三维激光扫描仪应用课程

实验教学大纲

王林刚

宝鸡文理学院

地理与环境学院

测绘工程实验室 2014年2月

一、基本信息

实验名称：三维激光扫描仪应用及数据建模实验课程 适用专业：测绘工程 实验学时：16学时

相关理论课程名称：三维激光扫描仪应用 开设系部：地理与环境学院

二、目的与任务

目的：通过实验使学生掌握三维激光扫描仪的操作方法和数据建模软件的使用方法。任务：每个学生完成仪器操作及一站扫描数据的采集，完成至少两站数据的配准，完成至少三个目标的模型重构，完成一个模型的纹理加载。

三、项目、要求与安排方式

1、实验项目

实验一：三维激光扫描仪认识与操作 实验二：点云模型的建立 实验三：三维模型重构 实验四：三维仿真模型构建

2、要求与安排方式

单班实验，扫描实验按班级人数进行分组，共分为4组，每次实验一个组，扫描实验需要在野外场地进行，后三个实验每人一台计算机，单班一次进行实验。

四、综合成绩评定的方法

每次实验按100分制评定成绩，记入实验成绩。

实验一

一、基本信息

实验名称：三维激光扫描仪认识与操作 实验学时：4学时 实验类型：操作性实验

二、目的与任务

掌握三维激光扫描仪的操作方法和步骤，每个学生完成仪器操作及一站扫描数据的采集。

三、内容、要求与安排方式

内容：三维激光扫描仪操作与数据采集。要求：掌握操作方法与步骤。

安排方式：一台扫描仪一个组，每组10个人，按人进行操作实验。

四、场地与设备

1、实践场地 校园内室外。

2、所用设备 三维激光扫描仪。

五、考核与成绩评定

1、考核内容

操作过程、实验报告、扫描数据

2、评定方法

三部分内容各占三分之一。

实验二

一、基本信息

实验名称：点云模型的建立 实验学时：4学时 实验类型：操作性实验

二、目的与任务

掌握多幅距离影像的配准方法，每个学生完成至少两站数据的配准。

三、内容、要求与安排方式

内容：多幅距离影像配准建立点云模型。要求：要求配准精度达到1.5倍仪器标称精度。安排方式：每人一台计算机，教师事先安装好相关软件。

四、场地与设备

1、实践场地 地理信息系统实验室

2、所用设备

计算机、相关配准软件、A4幅面打印机。

3、消耗性器材 每人3张A4打印纸。

五、考核与成绩评定

1、考核内容

操作过程、实验报告、配准结果

2、评定方法

三部分内容各占三分之一。

实验三

一、基本信息

实验名称：三维模型重构 实验学时：4学时 实验类型：操作性实验

二、目的与任务

掌握三维建模的方法，每人至少构建一个目标的实体模型

三、内容、要求与安排方式

内容：利用点云模型构建目标的实体模型。要求：模型的拟合精度要达到1.5倍仪器标称精度。安排方式：每人一台计算机，教师事先安装好相关软件。

四、场地与设备

1、实践场地 地理信息系统实验室

2、所用设备

计算机、相关建模软件、A4幅面打印机。

3、消耗性器材 每人3张A4打印纸。

五、考核与成绩评定

1、考核内容

操作过程、实验报告、建模结果

2、评定方法

三部分内容各占三分之一。

实验四

一、基本信息

实验名称：三维仿真模型构建 实验学时：4学时 实验类型：操作性实验

二、目的与任务

掌握三维仿真模型的构建方法，每人至少构建一个仿真模型。

三、内容、要求与安排方式

内容：利用点云模型构建三角网模型，再利用三角网模型对照片进行定向，然后将照片纹理加载于三角网模型上构成仿真模型。

要求：定向精度达到三角网分辨率对应的精度。安排方式：每人一台计算机，教师事先安装好相关软件。

四、场地与设备

1、实践场地 地理信息系统实验室

2、所用设备

计算机、相关建模软件、A4幅面打印机。

3、消耗性器材 每人3张A4打印纸。

五、考核与成绩评定

1、考核内容：

操作过程、实验报告、仿真模型结果

2、评定方法：

三部分内容各占三分之一。

第二篇：三维激光扫描在建筑竣工验收的应用

小区竣工测量.立面测量

1.项目背景

此小区为刚刚建设的小区，应业主要求完成小区的竣工测量，和房屋立面测量，小区地形测量的结合项目。

2.仪器介绍

法如Focus3D X 330三维激光扫描仪是一款超长测量距离的高速三维扫描仪，仪器重量5.2Kg，扫描精度2mm@330m。Focus3D X 330 将扫描范围扩展至全新的尺寸:能够在阳光直射下扫描最远距离为 330 米的物体。利用所集成的 GPS 接收器，这款激光扫描仪能够使每次扫描与后处理相互关联，而成为测量型应用的理想选择。凭借更高的精度和更大的范围，FARO Focus3D X 330 大大减轻了测量和后处理的工作量。三维扫描数据可被轻松地导入所有常用的事故重现、结构、土木工程、建筑、法医鉴定、工业制造和土地测量软件解决方案。

3.工作流程

本项目要扫描小区居民房，做平面图和房屋立面图，竣工资料等，此次扫描采用的是环形扫描的方案，共架设17站，外业用时4小时。

后期点云数据处理，选择FARO SENCE与Pointsense Building点云处理软件，建立房屋立面图和小区平面图，Revit建立房屋简单模型，能够快速处理海量点云数据。SENCE通过使用自动物体识别以及点云配准和定位功能，SCENE能够轻松且高效地处理和管理扫描后的数据。另外，它能快速生成高质量的彩色点云，同时还提供了用于无靶标自动配准的工具。从简单的测量到三维可视化，再到网格划分和导出至各种点云和 CAD 格式，这款用于扫描仪的点云处理软件使用起来非常简单。一旦SCENE准备好扫描数据，您就可以立即开始评估和处理这些数据。使用SCENE Web Share Cloud，只需点击一下按钮，就能将扫描项目发布到网络服务器上。SCENE WebShare Cloud 是一种用来存储扫描数据并与其他项目参与者进行共享的安全云端解决方案。Pointsense Building对建筑物的矢量模型进行线画，生成线画图、立面图等。

成果展示：

地形平面

俯视图

模型和地形图

立面图

软件生成网页版数据浏览，可浏览彩色点云数据，并可进行一般测量。

4.总结

相对于传统测量方式，三维激光扫描仪所获得的数据更加具体、生动、形象，内外业所需时间减少50%，并且可以轻松的反应出三维状况。扫描数据之后用于做平面线划图、立面图、精确后期再建模，特别重视整体精度，法如Focus3D X 330三维激光扫描仪独创靶球和棋盘纸技术，确保了数据的整体拼接精度。

天绘测绘简介：

湖南天绘测绘科技有限公司（简称“天绘测绘”）成立于2003年，至今已有十多年的历史，是一家专注于测绘与地理信息相关产业的供应商，为这些行业提供先进的设备及整体系统解决方案。公司目前亦是湖南省在这个领域中实力最强、规模最大的企业。公司现有员工50多名，90％以上为测量及相关专业毕业。

目前，主要提供的产品：航测无人飞机；地面、车载、船载、机载三维激光扫描系统；测量型RTK GPS；手持GIS；全站仪、经纬仪、水准仪等各种常规测量设备；测深仪、重力仪、水下测量机器人等各种海洋水下测量设备、各种测绘相关软件等等。主要提供的解决方案：无人机航测解决方案;桥梁、大坝、矿山、地铁、隧道自动化监测系统；三维激光扫描系统；精密工业测量；CORS建站；数字化城市等等。我们的优质服务，取得了广大用户的热烈好评。

厂家授权湖南总代理：瑞士ebee无人飞机总代理；德国猎鹰无人飞机总代理；索佳SOKKIA湖南总代理；拓普康TOPCON代理；瑞士安伯格公司总代理；美国法如三维扫描仪总代理；美国API公司总代理；美国天宝光学产品代理；中海达GNSS产品总代理；合众思壮GIS产品总代理；苏州一光总代理 ；欧波仪器总代理。

天绘测绘力求为不同行业需求的客户提供可定制化的产品与服务，努力成为智慧城市整体解决方案的供应商与领导者，公司秉承“诚信、专业、服务、创新”的原则，愿与业界朋友努力合作，为我国测绘地理信息事业的发展作出贡献。

第三篇：三维立体扫描技术

三维立体扫描技术

曾经看过一部好莱坞科幻大片《异形》中，有这样的场景：在外星球上，勘探人员在进入未知洞穴之前，先释放一个可控制飞行状态的球状飞行器，飞入洞穴中，球状飞行器机体上有一圈的激光发射器，发射激光照射到洞穴内壁上，然后计算得知洞穴内壁的轮廓数据，无线传送至终端形成全息影像，供勘探队员了解分析其中的轮廓，用来避免其中的未知的危险。这其中就运用到了三维立体扫描技术。

三维立体扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，通过测量空间物体表面点的三维坐标值，得到物体表面的点云信息，并转化为计算机可以直接处理的三维模型，又称为“实景复制技术”。该项技术是集光，机，电和计算机于一体的一项高新技术。此技术作为获取空间数据的有效手段能够快速的获取反映客观事物实时动态变化，真实形态特性的信息。三维立体扫描仪就是针对三维信息领域的发展而研制开发的计算机输入信息的前端设备，只需对任意实际物体进行扫描就能在电脑上得到实物的三维图像和物体的真实色彩。三维扫描仪分为两大类：接触式与非接触式。接触式有三坐标测量机，铣削测量机；非接触式有激光扫描仪，照相式扫描仪，CT断层扫描仪。

三维立体扫描技术的发展历程：

第一代：

接触式测量又成为机械测量，这是目前应用为广泛的自由曲面三维模型数字化的方法之一。三坐标测量机是接触式测量仪中的典型代表，它是以精密机械为基础，综合运用了电子技术，计算机技术，光学技术和数控技术等先进技术。根据测量传感器的运动方式和触发信号的产生方式不同，一般将接触式测量方法分为单点触发式和连续扫描式两种。三坐标测量机的测量传感器的主要形式为各种不同直径和形状的探针，当探针沿着被测物体表面运动时，被测表面的反作用力使得探针发生形变，这种形变触发测量传感器将测出的信号反馈给测量控制系统，经过计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。其特点是：适用性强，精度高，不受物体光照和颜色的限制;适用于没有复杂型腔，外形尺寸较为简单的实体测量；由于采用接触式测量，可能会损伤探头和被测物表面，也不能对软质物体进行测量，应用范围受限制，切测量前需要规划测量路径，测量速度慢，效率低；目前还需要人工干预，不可实现全自动测量；接触式测量的扫描路径不可能遍及被测曲面的所有点，获取的只是关键特征点，因而测量结果往往不能反映整个零件的形状。三坐标测量机就是第一代三维立体扫描技术的典型代表，特点是逐点扫描，速度慢。

第二代：

第二代三维立体扫描技术的代表是三维激光扫描仪。二代技术的普遍特点逐线扫描，速度仍然比较慢。三维激光扫描仪是现代计算机技术和光电技术的发展使得基于光学原理，以计算机图像处理为主要手段的三维自由曲面非接触式测量技术得到了快速的发展，各种各样的新型测量方法不断产生，它们具有非接触，无损伤，高精度，高速度以及易于在计算机控制下实现自动化测量等一系列的特点，已经成为现代三维面形测量的重要途径和发展方向，而三维激光扫描仪在非接触式扫描中占据着非常重要的角色。三维激光扫描仪按照扫描成像方式的不同，激光扫描仪可分为单点扫描仪，线列扫描仪和三维扫描仪。而按照工作不同原理来分类，可分为脉冲测距法和三角测量法。脉冲测距法：激光扫描仪是由激光发射体向物体在时间t1发送一束激光，由于物体表面可以反射激光，所以扫描仪的接收器在时间t2接收到反射激光，有光速C，时间t1,t2计算出扫描仪与物体之间的距离d=(t1-t2)c/2。用该方式测量近距离物体的时候，就会产生很大的误差，所以相位法比较适合测量远距离物体，如地形扫描，但是不适合近景扫描。三角测量法：三角测量法的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或者反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度。然后结合已知激光光源与CCD之间的基线长度d，经过三角形几何关系推求出扫描仪与物体之间的距离L。三角测量法的特点：结构简单，测量距离大，抗干扰，测量点小，测量准确度高。但是会受到光学元件本身的精度，环境温度，激光束的光强和直径大小以及被测物体的表面的特征因素的影响。

三维激光扫描仪的特点： 1，非接触式测量

即对扫描目标物体无需进行任何的表面处理，直接采集物体表面的三维数据，可以用于解决危险目标，环境及人员难以企及的情况，具有传统测量方式难以完成的技术优势。

2，数据采样率高

目前，采用脉冲激光或者时间激光的三维激光扫描仪采样点速率可以达到数千点每秒，而采用相位激光方法测量的三维激光扫描仪甚至可以达到数十万点每秒。

3，主动发射扫描光源

即激光，通过探测本身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息，因此在扫描过程中不受扫描环境的时空约束进行测量。

4，高分辨率，高精度

三维激光扫描技术可以快速，高精度的获取海量点云数据，可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集，从而达到高分辨率的目的。

5，数字化采集，兼容性好

三维激光扫描技术所采集的数据是直接获取的数字信号，具有全数字特征，易于后期处理和输出。能够与其它常用软件进行数据交换及共享。

6，可以与外置数码相机，GPS系统配合使用

这些功能大大扩展了三维激光扫描技术的使用范围，使对信息的获取更加全面，准确。外置数码相机，可增强彩色信息的采集；结合GPS定位系统，可进一步提高测量数据的准确性。

第三代：

第三代扫描技术的典型代表是三维照相式扫描仪，具有面扫描和速度快的特点。三维光学扫描仪按照其原理分为两类，一种是“照相式”，一种是“激光式”，两者都是非接触式，也就是说，在扫描的时候，这两种设备均不需要与被测物体接触。“激光式”扫描仪属于较早的产品，由扫描仪发出一束激光光带，光带照射到被测物体上并在被测物体上移动时，就可以采集出物体的实际形状。“激光式”扫描仪一般要配备关节臂.“照相式”扫描仪是针对工业产品涉及领域的新一代扫描仪，与传统的激光扫描仪和三座标测量系统比较，其测量速度提高了数十倍。由于有效的控制了整合误差，整体测量精度也大大提高。其采用可见光将特定的光栅条纹投影到测量工作表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短时间内获得复杂工作表面的完整点云。其独特的流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术使扫描不需要借助于机床的驱动，扫描范围可达12M，而扫描大型工件则变得高效、轻松和容易。其高质量的完美扫描点云可用于汽车制造业中的产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制，甚至可实现直接加工。三维照相式扫描仪的工作原理：采用结构光技术，相位测量技术，计算机视觉技术的三维非接触式测量方式，测量时光栅装置投射数幅特定编码的结构光线到待测物体上，成一定夹角的两个或者多个摄像头同步采得相应图像，然后对图像进行相位和解码计算，并利用匹配技术，三角形测量原理，解算出两个或者多个工业相机公共视场内物体表面像素点的三维坐标。其特点是一次测量一个面，扫描速度极快，数秒内可得到100多万点 便携，可搬到现场进行测量，工件或测量头可随意调节成便于测量的姿势，大景深（可达300~500mm)，测量范围大，精度高，测量点分布非常规则，大型物体分块测量、自动拼合。

三维扫描技术国内外发展现状：

国外发展现状：

三维扫描技术国外起步较早，技术已经比较成熟。

1.1994年，M.levoy和他的小组利用三角原理的激光扫描仪和高分辨率的色彩图像获取并重建了Michelangelo的主要雕塑作品，并提出了一系列的相关技术。

2.1997年，加拿大NRC（National Research Council）的El-Hakim构建了自己的硬件平台，他们将激光扫描仪和CCD照相机固定在小车上，得到了一个数据采集和配准系统DCR，并与1998年在原有系统的基础上实现了一个室内场景的三维建模系统； 3.2001年，Y.YU等人在对室内场景建模的同时，将场景的一些实物提取出来，并对物体的三维模型提供了编辑和一定功能；

4.2002年，I.Stamos和P.K.Allen实现了一个完整的系统，该系统能同时获得室外大型建筑的深度图像和彩色图像，并最终会付出建筑物具有照片真实感的三维模型； 5.除此之外，Fruh等人使用2D激光扫描仪、数码照相机并同时借助航空图像和航空激光扫描数据恢复了建筑物屋顶带有色彩的集合模型，得到了更为完整的街区三维模型。

国内发展现状：

国内对于三维激光扫描重建技术的研究齐步比较晚，但是也在部分领域取得一定的成果。自2000年起至今，北京大学的三维视觉与机器人实验室使用具有不同扫描特性的激光扫描仪、全方位摄像系统与高分辨率照相机完成了建模对象几何与纹理的采集并通过这些数据的配准与无缝拼接完成了三维物体模型的建立；2005年，首都师范大学三维空间信息获取与地学应用教育部重点实验室给出了一种基于激光扫描数据的室外场景表面重建方法，该方法可以完成建筑物单一表面的重建。目前国内外对于三维激光扫描技术的研究均受到复杂场景的几何结构、未知物体表面反射特性、变化的光照条件、复杂的地形以及不规则的未知遮挡物等限制，因此如何快速而又精确的扫描出复杂的三维物体仍是研究该技术的关键。

三维激光扫描技术的应用：

三维激光扫描技术的应用面非常宽广。在诸多领域如：逆向工程、数据可视化、计算机辅助设计、虚拟现实环境、数字文物、数字博物馆、数字考古、地形勘测、犯罪现场检测、数字城市、城市规划、数字娱乐(游戏、动画、电影)等，均有广泛的应用。

（一）逆向工程

一、产生的背景

逆向工程思想是二战之后提出来的，进入九十年代，该技术引起了各国工业界的高度重视。作为一门比较新的技术，凭借其有效的缩短产品开发周期的特性和强大的成本优势，已逐渐被个领域所接受和推广。由于它和传统设计方式相比所具有的多方面优势，在汽车、冲压模具、注塑模具、航空等领域逐渐成为了产品开发的主流方法。

二、逆向工程的定义

逆向工程(Reverse Engineering，简称RE),也称反求工程，反向工程。起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路。在一般工程技术人员的概念中，产品设计过程是一个“从无到有”的过程，即设计人员首先根据用户给定的性能要求确定方案，构思产品的整体外形和结构，然后确定大致的技术参数，再通过各种软件绘制产品的二维或三维CAD模型，最终将这个模型转入到制造流程中，从而完成整个产品的设计制造周期。我们称这样的产品设计过程为“正向设计”过程，它是由未知到已知，由想象到现实的过程。逆向工程的产品设计过程刚好与此相反，是一个“从有到无”的过程。首先从己有的实物或产品样件出发，通过先进的数字测量手段反向获取产品的外形数据，然后利用各种造型软件由点云数据重构出该产品的CAD模型，经过不断的修改后，形成图纸或可快速成形制造的CAD模型，最后转入加工制造或快速成形过程。逆向工程是对己有产品进行分析、改进和再创造的过程，是对已有设计的再设计。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程，是从数据采集、数据处理到常规CAD/CAM系统应用的多系统的融合过程。

三、逆向工程的应用

① 飞机、汽车、摩托车、家用电器等产品开发，在产品的空气动力学性能和美学设计显得特别重要的领域。

② 由于工艺、美观、使用效果等方面的原因，经常要对已有的构件做局部修改的领域。

③ 在缺乏二维设计图样或原始设计参数情况下，需要将实物零件转化为计算机表达的产品数字化模型，以便充分利用现有的计算机辅助分析（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等先进技术，进行产品创新设计。

④ 某些大型设备，如航空发动机、气轮机组等，经常因为某一零件的损坏而导致整机停止运行。通过逆向工程技术，可以快速生产这些零部件的替代零件，从而提高设备的利用率并延长使用受命。

⑤ 一些特殊领域，如艺术品、考古文物的复制、医学领域中人体骨骼及关节等的复制、假肢制造等。

四、国内外研究现状 在国内的科研领域里，上海交通大学、西安交通大学、华中理工大学、广东省机械研究所、天津大学等科研机构都对逆向工程技术进行了深入地研究。国内的一些专家学者对于逆向工程及形位误差检测的理论与实际应用进行了深入细致地探讨，研究了测量过程中测点的自适应分布、测量路径的优化；提出了基于点的ICP算法，解决了逆向工程中任意多视点云的拼合问题；提出了基于最小二乘法、牛顿迭代法和遗传算法等来解决检测问题中的采样测量点与设计模型的匹配问题；针对有序离散点，提出了二次的曲面重构方法；结合测量数据结构的异同，介绍了各种计算机建模技术，并且指出它们在工程中各自的适用范围。

逆向工程测量规划与重建技术领域内的研究，在国外已形成一定规模，并具有相当的深度。一些重要的国际与国内的学术会议都将逆向工程及相关技术讨论作为一个重要的会议专题。

1998年全球反求工程技术系统加工中心达到331个，拥有快速成型机660台套，同时有27个快速成型设备制造公司，12个大的材料供应商，15个专业软件公司，再加上从事该项目的51个教育和科研机构以及227个提供赞助的基金会以及大量的激光设备应用者和真空铸造机制造者，形成了一个强大的集成体。在经过了初期50%的高速增长后，世界快速制造业正步入稳定增长期，年增长率保持在17%左右

目前与逆向工程相关的主流软件有：

美国Imageware公司的Surfacer；

美国Raindrop Geomagic公司的Geomagic Studio；

DELCAM公司的 CopyCAD；

韩国INUS Technology公司的 Rapidform；

PTC公司的ICEMSurf。

五、逆向工程的发展趋势 1)发展面向逆向工程的专用测量系统，使之能高速、高精度地实现实物数字化，并能根据样件几何形状和后续应用选择测量方式及路径，能进行路径规划和自动测量。

2)研究适应不同的测量方法和后续用途的离散数据预处理技术。3)拟合曲面应能控制曲面的光顺性和进行光滑拼接

4)有效的特征识别和考虑约束的模型重建以及复杂组合曲面的识别和重建方法。5)发展基于集成的逆向工程技术，包括测量技术、基于特征和集成的模型重建技术，基于网络的协同设计和数字化制造技术等。

逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。比如，现在需要快速而精确的复制一个机械零件。首先通过三维激光扫描，获取其表面点云的三维数据信息，并由此信息在计算机中建立该物体的三维几何模型，并对该模型进行修正改进，进而开发出同类产品。当需要对零件设计进行修改的时候，只需对计算机中已经建立的三维模型进行修改，就可以获得同样的效果，大大提高了工作效率，缩短了工期。

应用范围：量化实景对象、三维信息采集、逆向三维重构、逆向三维建模、空间数据反求、对象逆程设计、预研仿研仿制、虚拟现实应用、正向工程反证、逆向工程实施、概念设计仿真、逆向制图还原、结构特性分析、试验工程仿真、后数据测量、目标形变监测、电脑模拟实战、环境适应仿真、工程力学分析、对抗模拟推演、企业无纸操作、虚拟设计制造、科目效果测试、整合三维资源、创建三维流程、工装工艺规划、改进改造工程、历史资源修复、任务方案优化、对象加载仿真、设施维护维修等。

（二）测绘，检测技术 20 世纪 90 年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘、检测领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。

（三）VRML

VRML 是虚拟现实造型语言（Virtual Reality Modeling Language）的简称，本质上是一种面向 web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。VRML 的对象称为结点，子结点的集合可以构成复杂的景物。结点可以通过实例得到复用，对它们赋以名字，进行定义后，即可建立动态的 VR（虚拟世界）。现在流行于 Internet 的 VRML 技术如果没有足够的三维彩色模型，也只能是无米之炊，而三维扫描技术可提供这些系统所需要的大量的、与现实世界完全一致的三维模型数据。销售商可以利用三维扫描仪和 VRML 技术，将商品的三维彩色模型放在网页上，使顾客通过网络对商品进行直观的、交互式的浏览。想象一下，随着技术的发展，未来的在网络上挑选衣服的时候，用户可以下载商品的三维模型，并“试穿”到自己的三维模型上，这样就可以足不出户的挑选最适合自己的衣服，商家也可以通过这种方式为客户提供个性化的服务。当然这一切的前提是，客户和商家都用三维激光扫描仪扫描了自身和货品，并通过 VRML 建立了三维模型。

（四）文物保护

对于文物保护，三维扫描技术能以不损伤物体的手段，获得文物的外形尺寸和表面色彩、纹理，得到三维彩色拷贝。所记录的信息完整全面，而不是像照片那样仅仅是几个侧面的图像，且利用这些信息构建的模型便于长期保存、复制、再现、传输、查阅和交流，使研究者能够在不直接接触文物的情况下，甚至在千里之外，对其进行直观的研究，这些都是传统的照相等手段所无法比拟的。有了这些三维模型，也给文物复制带来很大的便利。

目前，许多国家己将三维激光扫描技术用于文物保护工作。美国斯坦福大学利用三维扫描技术实施“数字化米开朗基罗”项目，计划将文艺复兴时期的这位意大利著名雕塑家的作品数字化。

欧洲的四家公司、三所大学、两座博物馆联合实施 Archatour项目，其主要目标是以三维数字技术改进考古、旅游领域中的多媒体系统，而三维扫描重建是其中的关键一环。英国自然历史博物馆利用三维扫描仪对文物进行扫描，将其立体色彩数字模型送到虚拟现实系统中，建立了虚拟博物馆，令参观者犹如进入了远古时代。2001年10月，加拿大保护中国文物基金会也向我国文物局捐赠了一套Innovision公司生产的三维激光数字扫描仪，用于对正在建设的三峡水利工程的三峡库区的古建筑、遗址和出土文物进行立体扫描重建，大量记录文物和考古现场

三维立体扫描技术的发展趋势：

随着光、机、电及计算机等技术的进步，三维激光扫描仪必将向着扫描速度更快、精度更高、更轻便携带的方向发展。加之对所扫描对象没有限制的特性，三维扫描仪必将被应用于更广泛的领域。

测控技术与仪器1101班

1503110110 陈浩

2013年12月5日

第四篇：激光原理与技术课程教学大纲

二、讲授大纲与各章的基本要求

考核要求：

1、光的波粒二象性

周炳琨、高以智等（美）W.克希耐尔著，孙文等译Addison-Wesley,

第五篇：使用全站仪GPS控制网,提高三维激光扫描整体精度

使用全站仪/GPS控制网，提高三维激光扫描整体精度 的应用方法

一、概述

中远距离的三维激光扫描仪，一般的测量精度是5mm左右，当进行大场景扫描时，往往因为误差的累积，会造成较大的误差。因此，如何通过联合其他外业测量手段，提高三维激光扫描整体精度，在实际工作中就非常重要。尤其对于较大场景，同时又有较高精度要求的情况下，例如工厂，大型钢结构扫描。

本文就结合实际工作中的一些经验积累，阐述一下通过传统的常规测量手段提高扫描精度的方法。

二、方法适用性

1、适合大场景扫描，扫描作业最大直线距离大于200米；

2、对扫描后数据整体精度要求较高的扫描作业；

3、如果整体扫描区域可以被划分为各个单元，则更有利于本方法的实施。

三、实施方法

大场景控制测量与三维扫描结合的实现通过三步来完成：

◆控制测量

控制测量往往分为两步：第一步，为控制点测量和准备；第二步，获取扫描站点标靶空间坐标。

第一步是为第二步做准备的，是为了建立一个统一的坐标系，并方便第二步的标靶坐标测量。

第二步，主要是通过免棱镜全站仪，直接获取扫描站点标靶中心位置的空间坐标。

◆三维扫描

逐站完成数据的扫描，并在扫描过程中完成标靶的扫描。

◆数据拼接处理

将控制测量过程中得到的统一坐标系下的标靶的空间坐标导入Cyclone软件中，形成一个大的ScanWorld，然后将所有三维扫描得到的各站数据拼接到该ScanWorld中。本文将在下面进一步详细描述该实现的操作过程。

四、数据拼接处理的具体实现

◆创建控制测量标靶坐标文本文件

我们需要先使用文本文件编辑工具，创建一个文本文件，并将标靶坐标按照指定的格式输入。可以使用Windows的记事本程序。

文本文件格式如下： 注释行1 注释行2 标靶名称1,X坐标,Y坐标,Z坐标 标靶名称2,X坐标,Y坐标,Z坐标

...注意：标靶名称与坐标值间用英文逗号分隔

下面以一个实例来说明：

标靶名称,X坐标,Y坐标,Z坐标 单位

米

S1,0,0,0 S2,200.125,123.783,4.326 S3,175.284,100.568,1.237 S4,20.326,306.783,4.033 S5,52.474,209.727,0.965 S6,723.465,20.729,3.383 S7,701.297,50.426,1.644 S8,621.301,100.44,0.06 S9,519.185,145.857,3.061 S10,421.185,300.858,2.48

前面的两个注释行，主要是为了进行更好的备注，供将来查看，对数据导入没有实际影响，一般来说，第一行会列出列的定义，第二行会写明当前坐标采用的单位。

按顺序输入每个标靶的名称及坐标即可。将该文本文件保存好，供下一个环节使用。

◆导入标靶坐标文件到Cyclone做为一个ScanWorld

在Cyclone对应数据库的对应项目(Project)下，导入该文本文件，操作如下：

1、在Cyclone项目管理器中，用鼠标左键先点中要导入的项目，然后在该项目上点击鼠标右键，如下图所示：

在弹出的菜单中选择“Import”命令。可以看到“Import from File”对话框，从该对话框中找到在上一个步骤中准备好的标靶坐标文本文件，用鼠标选中，然后点击“打开”按钮。

2、设置正确的导入参数，完成导入。

在自动弹出的如下所示“Import: ASCII File Format”对话框中，我们要设置好一些参数，保证导入数据能被正确使用。

1）列数（# of column），按我们前面的文本格式，则列数应为4列；

2）忽略的行数(# Rows to skip)，因为我们在文本文件中有两个注释行，因此这里设置为2； 3）选中分隔符（Delimited）项及逗号（Comma），我们前面制作的数据文件中，是采用逗号分隔的； 4）选择测量单位（Unit of Measure）为米（Meters），单位的选择要与文本文件中的坐标数据单位一致； 5）修改列定义，在对话框下方的数据区中，第一行为数据列定义，用鼠标点击，可以从列表中进行列名称的修改，将第一列修改为TargetID，第二列为X，第三列为Y，第四列为Z，操作方法如下：

在第一行上点击鼠标左键，第一行中的内容会变为下拉列表：

继续在某个下拉列表上点击鼠标左键，则下拉列表会展开，然后可以在列表中选择需要的项，即可完成列定义的修改。

在以上对话框各项修改设置完成后，点击“Import”按钮。

3、返回Cyclone项目管理器，我们可以看到，当前项目下新出现了一个ScanWorld：

4、在项目管理器，新增加的ScanWorld下，双击该ScanWorld下的ControlSpace,我们可以看到生成好的完整标靶坐标系：

◆在Cyclone中进行数据拼接

在上一步中，我们创建好了一个常规测量方式得到的整体标靶空间坐标系。下面，我们就可以用以往的标靶拼接方法，将其他用三维激光扫描仪扫描的站点数据拼接进来。

详细操作过程就不再描述了，这里要强调的是：

在拼接中，一定要把常规测量的标靶ScanWorld做为基站（Home ScanWorld）进行拼接，如果在Registration中，该标靶ScanWorld不是基站，则可以直接在该站名称上点击鼠标右键，在弹出菜单“Set Home ScanWorld”命令，将该站设为基站（Home ScanWorld）。