三维激光扫描技术在3D点云模型中的原理及应用

三维激光扫描技术利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，越密集的点云创建的模型越精确（这个过程称做三维重建）。

“快”是扫描仪诞生产生的概念，在常规测量手段里，一个点的测量需要花在2-5秒左右，在复杂的场景里，可能要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量。

三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，现在三维激光扫描仪最大速度已经达到100万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。

通过直接获取数字信号采集的数据，所以具有全数字特征，方便进行后期处理和输出，与Revit、AutoCAD、SketchUp、ArchiCad、Bentley、Tekla等软件有很好的共享性。

在三维激光扫描的过程中，点云数据的获取常常会受到物体遮挡、光照不均匀等因素的影响，容易造成复杂形状物体的区域扫描盲点，形成孔洞。同时由于扫描测量范围有限，对于大尺寸物体或者大范围场景，不能一次性进行完整测量，必须多次扫描测量，因此扫描结果往往是多块具有不同坐标系统且存在噪声的点云数据，不能够完全满足人们对数字化模型真实度和实时性的要求，所以需要对三维点云数据进行去噪、简化、配准以及补洞等预处理。

通过数据预处理，可以有效剔除点云中的噪声和外点，在保持几何特征的基础上实现点云数据简化，并将不同角度扫描的点云统一到同一坐标系下，为后续的曲面构建及三维实体模型生成提供稳健的数据基础。

点云建模需要利用三维实景建模软件ContextCapture，ContextCapture可以更好地评估点云并生成更精确的三维模型。

ContextCapture可以对点云进行增强、分割、分类，并与工程模型相结合。利用ContextCapture的高级三维建模、横截面切割、断裂线和地形提取功能，能快速高效地对竣工条件进行建模并支持设计流程。

点云数据与实景影像融合成果

基于点云数据，ContextCapture还可以从生成非常庞大的可缩放地形模型。通过与原始数据源同步，可缩放地形模型可实时更新到最新。这样做的价值在于，拥有所有数据的全局、最新和综合表示，并用于使用各种显示模式和执行分析，以及生成动画和可视化效果。

激光扫描车与实景影像融合成果

a. 测绘工程领域：大坝和电站基础地形测量、公路测绘，铁路测绘，河道测绘，桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。

b. 结构测量方面：桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量、管道、线路测量、各类机械制造安装。

c. 建筑、古迹测量方面：建筑物内部及外观的测量保真、古迹（古建筑、雕像等）的保护测量、文物修复，古建筑测量、资料保存等古迹保护，遗址测绘，赝品成像，现场虚拟模型，现场保护性影像记录。

d.采矿业：在露天矿及金属矿井下作业，以及一些危险区域人员不方便到达的区域。例如：塌陷区域、溶洞、悬崖边等进行三维扫描。