激光三维加工

激光三维加工（共8篇）

激光三维加工 篇1

激光三维加工技术是一种新型加工方法, 有精度高、速度快、成本低、无污染的特点, 广泛应用于金属材料和非金属材料的加工中, 在我国的开发研究和推广应用已有将近二十年的历史。目前我国正处于工业转型、产业升级的关键时期, 现代生产向小批量、高精度、短周期方向发展, 传统的、落后的生产工艺已无法满足实际生产的需要, 对激光三维加工技术和设备的需求很大。但是, 目前激光三维加工技术主要被国外所掌握。针对这样的生产需求和技术现状, 本文将主要论述激光三维加工控制技术在国内外的研究应用历史和现状。

1 激光三维加工技术概述

激光是受激辐射, 各发光中心发射的光波方向、频率、偏振态一致, 相干、高能、高亮度, 聚焦后可达到很高的能量密度, 对材料可进行高精度的加工。激光光束特性、被加工材料对激光的吸收性能在加工过程中起着至关重要的作用。

物质普遍有光吸收的性质, 除真空外, 物质只可能对一定波长范围内的光透明, 不能对光完全透明, 这就是物质对光的吸收性。通常物质的吸收率与激光的波长成反比。

激光加工分为热加工和冷加工两种。以激光为代表的红外激光束聚焦在金属或非金属表面使其熔化, 同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料, 并控制激光束沿一定的轨迹相对于材料移动, 以达到加工的目的。而紫外激光从准分子激光器输出, 与非金属材料进行光化学作用, 剥蚀非金属, 并控制激光束相对于材料的移动轨迹, 从而达到加工的目的。激光加工主要是指热加工。

2 激光三维加工控制技术的研究

三维激光技术是一项新兴技术, 这项技术的出现极大的拓宽了激光加工的应用范围。激光三维扫描技术是一种非接触的扫描技术, 相对于传统的接触式扫描技术有一系列的优点, 高精度、高效率、安全无污染等, 发展十分迅猛。

激光三维扫描是激光三维加工控制技术的核心。激光三维扫描主要分为两种方式, 一种是线结构光方式, 另一种是CCD图像分析处理方法。激光三维扫描设备也多种多样, 用于测量, 建筑领域的测绘, 人体特征的扫描等等。

激光三维加工控制技术离不开激光三维扫描控制设备, 包括激光器、振镜、扫描头、扫描系统等。其中激光器是激光三维加工控制系统的关键部分, 激光器的选择标准取决于激光三维加工技术的应用场合, 选择的激光器如果合适, 会使后续的设计生产事半功倍, 常用的激光器有激光器、YAG激光器和DPL激光器。动态聚焦镜用来在光轴方向动态控制激光束焦点的位置, 它为激光三维扫描技术提供了可行的方案。透镜的主要作用是聚焦和平场, 工作范围取决于其焦距大小。CCD定位系统的作用是提高定位精度。

激光的自动控制主要是指控制激光器输出的激光的路径, 这里所使用的控制装置就是激光器, 其控制操作的完成依赖于机械、液压和电气技术。控制系统由控制器和控制对象组成。控制系统必须要满足两点, 一是输出有控制输入的指定数值, 二是系统有一定的抗干扰能力。控制系统分为开环和闭环两种, 开环系统不需要对输出量进行测量, 速度快, 但是抗干扰能力较差, 闭环系统要对被控对象和输出信号进行测量、比较、反馈, 进行偏差控制, 因此抗干扰能力好, 稳态精度高。开环和闭环一般都可以满足激光三维加工的要求, 但是若要求加工效率和加工精度很高, 一般采用闭环系统。

三维技术主要通过机械导轨来实现, 控制激光焦点的三维坐标通常依赖于三个方向的机械导轨或Z向导轨和振镜来实现。前者适合对速度要求不高、工件尺寸较大、加工精度要求较高的场合, 因此该项技术在传统的激光三维加工技术中应用十分广泛。后者适合加工速度高、工件尺寸小的场合。通过调节正负透镜的间距, 调节高斯光束, 从而实现焦点位置的动态调节。为了达到较高的能量密度, 采用短焦距透镜和合适倍数的扩束镜来设计光路。

激光三维加工控制系统通常由系统光路、控制电路、计算机控制单元和机械调整单元等组成。计算机控制部分通常读取加工文件后, 产生控制信号, 进一步转换成数字信号和模拟信号, 完成扫描过程。

激光三维加工技术都要靠激光控制软件来实现, 因此激光三维加工控制软件的设计十分重要。控制软件是连接用户和设备的媒介, 一方面要能够让用户设置参数, 显示三维图形以便于用户操作, 另一方面还要完成模型文件的读取和处理, 实现对设备的自动控制, 增加新的功能, 根据用户的需求进行加工。故该扫描软件可分为前台和后台两部分, 前台实现人机交互, 后台实现参数读取和指令发送。

设计控制软件还要选择软件的运行平台和开发工具, 应用模块化程序设计提高软件的开发效率, 便于软件的维护。总体设计确定系统结构, 详细设计是模块内的过程设计。确定三维图形的填充算法。一种控制软件的工作流程为:系统初始化, 读取待加工的图形文件, 按要求进行图形填充, 读取加工参数, 发出控制指令给激光器和扫描系统, 并根据反馈信号调整零件加工状态, 加工结束后关闭系统。

3 激光三维加工控制技术的应用

激光三维加工控制技术的应用十分广泛。激光应用技术以三维激光切割技术和三维激光焊接技术为代表, 激光三维切割技术和焊接技术广泛用在航空宇航领域、汽车制造领域、工程机械领域等。

以汽车制造领域为例, 众所周知, 汽车制造领域竞争激烈, 产品更新换代快, 对于汽车覆盖件, 传统的加工方法需要制造模具, 而模具制造生产周期长、成本高、风险高, 若应用激光三维加工技术, 能高质量、高效率、低成本的完成小批量汽车覆盖件的制造, 为模具的生产加工赢得了时间, 已成为许多汽车生产企业的首选。

随着新技术的不断出现, 激光三维加工技术的应用会更加广泛。

4 结论与展望

激光三维加工控制技术是一种新型三维加工技术, 综合应用了光机电一体化技术, 实现了生产的高质量、高效率、低成本, 应用范围十分广泛。

参考文献

[1]霍晓飞.激光三维加工控制系统研究.[硕士学位论文].天津大学, 2010.

[2]陈康.平面激光切割机加工汽车三维覆盖件的工艺研究.激光杂志, 2010.

[3]邹伯敏.自动控制理论.北京:机械工业出版社, 2002.

激光三维加工 篇2

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：

激光三维加工 篇3

随着数字化林业建设工作的逐步推广, 以及林业可视化和林业测绘技术的不断提高和创新, 我国林业信息化工程建设进程不断向前发展。构建更加真实的三维树木可视模型的研究, 逐渐成为近年树木三维建模研究的热点。传统的测树方法不仅耗费太多时间和人力, 测量精度也不高, 而且易对树木本身造成伤害[1]。通过三维激光扫描技术取单株树木的三维空间点阵数据, 在不对树木造成伤害的情况下十分方便地获取测树因子, 实现对树木的精准监测, 从而构建更加真实的树木模型。

2 树木点云数据去噪处理

由于人为因素或扫描仪自身的缺陷, 使得获取的三维数据不可避免地带有噪声, 而噪声会对后继相关的数字几何处理产生极大影响。为了使点云数据能够更好地运用到后期的处理过程, 满足曲面拟合及三维建模、网格化等对数据高质量的要求[2], 必须先对原始数据进行去除噪声方面的预处理。

拉普拉斯滤波去噪是一种简单的去噪算法, 它的主要思想是对模型上的各个顶点应用拉普拉斯 (Laplace) 算子。拉普拉斯 (Laplace) 算子可表示为:

在点云模型中设点pi= (xiyizi) , 离散Laplace算子依赖于pi的邻域点, 则定义:

根据上式计算的结果对顶点进行移动, 那么对点云数据进行去噪的过程就可看为一个扩散过程:

Laplace方法通过多次迭代 , 逐步将当前点移向邻域重心处, 因此该方法是采用扩散噪声能量到其局部邻域中其他点来达到去噪目的的[3]。对于分布不均的点云数据特别是点云本身含有噪声, 邻域重心通常不与邻域结构的中心点重合, 这会导致该点偏离原来的位置向点云密集处偏移, 多次迭代会出现模型的扭曲甚至变形。

通过空域分解可以看出, Laplace迭代可以分解为在切平面和法向两个子空间的迭代, 如图1所示。切向的调整表现为顶点的漂移, 而法向方向的调整表现为磨光。总体 而言 ,Laplace迭代是一种局部线性各向同性的迭代方法。

经过对比发现去噪效果明显, 并且与原模型保持较高的相似性。Laplace算法内存开销不大、计算复杂度较低, 并且去噪后的点云边界细节跟树木本体差异较小, 不会对边界数据产生很大的损坏, 如图2所示。

3 树木点云数据三角网建模

对原始数据进行预处理后的点云数据, 需要建立点之间的拓扑关系[4]。一般将点云利用各种三角化方法获得物体的三角网格模型。Delaunay三角剖分算法, 它是一种非常特殊的三角剖分算法, 它具有空外接 (球) 和最小内角最大的两大特点, 可以减少畸形三角单元的生成, 从而确保了整个三角网格质量达到最优。Delaunay三角剖分算法是所有三角剖分算法中一种比较常用、高效的三角剖分算法。

三角网增长算法的基本思想是先找到点集中距离最近的两点 , 然后将这 两点连成 一条Delaunay边 , 再按Delaunay三角网的判别准则找到包含此边的Delaunay三角形的另一顶点按序处理所有新生成的边, 直至所有点处理完毕, 如图3所示。

三角网增长算法思路简单 , 易于实现 , 且构网效 率高 ,如图4所示。

4 结语

新型三维光纤激光切割机 篇4

华工法利莱自主创新推出了一款新型三维光纤激光切割机, 打破了国外同类产品在汽车行业的垄断, 该产品已在国内汽车零部件制造企业开始使用。该机通过龙门固定倒挂机器人或立式固定机器人底座, 光纤激光器柔性传输高品质的激光到切割头, 独立开发的PLC集成控制机器人, 以及激光器等部件对汽车三维零件进行异形加工。该设备主要生产零件厚离结构和控制方法, 通过两者的结合使用, 实现了在炉内不同高度范围内不同加热温度的精确控制, 从而确保低压转子各段性能满足使用要求。喷淬机床可以实现喷水、喷风、喷雾三种淬火冷却功能, 且自上而下喷出介质的流量、压力、方向均可按工艺要求方便调整, 完全满足转子两端与中间因结构不同而需淬火介质量不同的要求。

激光三维加工 篇5

通过摄制三维全景图片建立校园园景的数字三维空间图片库, 建设高校独有的校园园景数据库, 能够永久保存校园园景的全部信息, 包括具体空间方位数据, 同时可作为今后校园要实现数字化管理的基础。将三维空间全景图片嵌入于高校的“数字校园”平台, 用户可以利用计算机网络进行远程访问, 能够让外界更直观的了解高校的概况和特色, 可以增强高校对外界的宣传作用, 以及帮助新生进校对校园的熟悉与感知。

本文基于“数字校园”建设的理念, 提出一种较为新颖的“数字校园”建设方案。具体创新点包括: (1) 研究三维全景图片的摄制原理; (2) 如何通过三维激光扫描技术快速获取精确度高的校园景观建筑的三维激光点云数据, 并简述数据的后期处理及经验感受; (3) 三维全景图片与三维激光扫描在“数字校园”建设上的结合应用。

1 三维全景图片技术

三维全景是以实际照片为素材, 采用图像拼合插值技术, 建立具有真实效果的虚拟场景, 通过网络技术将全景场景加载到互联网上供用户体验观赏。它在技术上较为简单和实用的特点被广泛应用在三维电子商务, 如在线的房地产楼盘展示、产品展示、虚拟旅游等领域。

三维全景图片的分类: (1) 360度柱型全景:较为简单的全景场景图片。场景视角是水平360度, 因此不能进行俯视和仰视。 (2) 720度球型全景:球形全景的场景视角是水平360度, 上下360度, 包含了整个天地视角的全景照片。 (3) 立方体切片全景:与球型全景一样, 可看到场景的任意角度。与球形全景相比, 在观赏效果上有效减缓了一般全景图片在改变视角时鱼眼变形效果严重的问题。

2 三维全景图片拍摄原理

三维全景图片拍摄对技术要求较高, 拍摄者要清楚知道相机节点, 并保证拍摄过程镜头节点尽量不被移动。对于全景拍摄, 场景点的选择决定了三维全景图片的最终效果。三维全景的拍摄主要有两种方法, 手持式三维全景图片拍摄法及全景云台节点调整拍摄法。

2.1 手持式三维全景图片拍摄法原理

手持式拍摄法只需要一台相机就能做到全景图片拍摄。此方法要求拍摄者能清楚知道相机节点位置。拍摄过程其实就是把拍摄者充当“全景节点云台”, 通过有效练习和经验积累后可以得到很高的成功率。

保证节点位置尽量不被移动是手持全景拍摄最核心的原理技术难点, 因为镜头节点位置的精确度对三维全景图片的后期拼接处理是非常重要的基础前提。下面将较为详细的分析镜头节点原理及如何精确定位节点位置。

节点是镜头的光学中心。一般我们会以相机的底座螺丝孔做为相机旋转的中心, 但这样的旋转对全景拍摄的高精度拼接处理要求是远远不足的。如图1 (a) 所示, 使用相机对前方的两根筷子以不同的角度拍摄三张照片, 这种旋转的拍摄可能会因为视角导致三张照片分别对物体的表现是不可能实现高精度拼接。

如图2 (b) 所示, 当相机的旋转位置是镜头节点处时, 这时旋转相机, 三张照片对物体的表现是一致的, 这个点就是节点, 以光学中心旋转镜头, 前后物体透视不会发生变化, 这样才能保证我们拼接照片的精度。只要固定住节点, 无论以水平或垂直甚至任何方向去旋转相机, 它都可以保证在画面中物体的关系是统一的。

通过对手持全景拍摄法有效练习和经验积累后我们可以得出一些选点结论, 手持全景摄影入门时最好遵循下面几个选点规则: (1) 由于全景图片拼接处理对节点精确度要求很高, 尽量不要到狭窄空间拍摄; (2) 尽量不要在有很多规则线条的地方进行拍摄。

2.2 全景云台节点调整拍摄法原理

全景节点云台能够保证相机在三角架上旋转构图的时候保证相机运动轴心位于节点上, 大大提高后期拼图的精度度。不过仅仅有云台是不行的, 还需正确的调整全景云台使相机的旋转位置位于镜头节点处。调整全景云台上相机的节点需要精确的计算和不断的调整, 主要按一下两步调整。 (1) 对准镜头轴与三角架旋转轴。传统方法是目测, 正向面对相机, 观察镜头中心点是否在脚架的中心轴线上, 误差控制到2mm左右, 调整节点时, 还要考虑中轴没对准的因素, 使全景云台的调整变得相当复杂; (2) 在镜头轴线上找到并对准节点位置 (镜头节点位置的确定方法如2.1所述) 。

2.3 全景图片的后期拼接处理

全景无缝拼接处理软件主要有PTGui Pro、Autopano Giga等。现有的全景图像拼接生成算法主要可以分为三类:基于特征的方法、基于流的方法和基于相位相关的方法。在得到拼接好的图像后, 还需要对图像重叠部分进行处理, 以实现图像的无缝拼接。目前经常采用的一种简单的图像缝合技术就是线性插值法[2] (Linear Interpolation) 。

本文使用PTGui Pro进行全景图片的无缝拼接, 步骤如下: (1) 照片素材的对齐。将相邻图像按照重叠影像部分叠放在一起, 通过软件计算照片素材重叠区域自动对齐; (2) 照片素材的变形处理。图像边缘会由于相邻两张图像的角度不同而无法100%完全拼接, 因此必须将重叠影像进行一定程度的变形操作; (3) 混合。相邻两张图像的边界处不能完全接合, 很可能产生边界线。所以软件能够自动对边界部分进行淡化处理, 使其透明度降低, 从而达到两个图像混合在一起的目的。 (4) 全景图片色彩处理。由于拍摄过程的环境光线明暗、旋转角度差异等因素导致全景图片有些区域曝光过度等问题, 通过手动调整曝光修正等操作达到满意效果。

3 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是近年来发展迅速的一种新技术, 已成为空间数据采集的一种重要技术手段, 可用于城市建筑三维重建和建筑信息采集、智慧城市构建、数字校园可视化管理、工程测量、古建筑和文物保护、建筑信息BIM模型 (Building Information Modeling) 等领域。

3.1 三维激光扫描技术原理

目前主流的三维激光扫描系统主要有美国的FARO Focus 3D系统、瑞士的Leica HDS系统等。本文将以Focus 3D扫描仪简单的介绍三维激光扫描原理。

在Focus 3D三维激光扫描仪内, 有1个激光脉冲发射体, 2个反光镜快速旋转, 将发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测站点。扫描过程中, 自动测量每个激光脉冲从发出到被测物表面再返回仪器所经过的时间来得出距离, 同时编码器测量每个脉冲的角度, 获取被测物体的三维真实坐标, 形成了被测物体的点云图。利用FARO SCENE软件可快速处理点云原始数据, 并能够输出各类点云数据 (如.ptx、.ptc、.xyz等) , 用于三维建模、断面图的绘制等。数据也可用Navisworks、Pointools软件在完成乏维交互式可视化检测及概念设计等。

3.2 三维激光扫描技术在数字校园建设中数据采集的工程流程及三维建模方法

使用FARO三维激光扫描系统采集校园建筑数据的工作流程及三维建模大致分为三部分, 如图3所示: (1) 计划制定; (2) 外业数据采集; (3) 内业数据处理。

(1) 三维激光扫描计划制定:首先要制定详细的工作计划, 外业数据采集的质量直接决定了项目后续的进展和最终成果, 主要包括:设计合理的扫描路线、确定扫描精度、设站数、标靶的布设等。

(2) 外业数据采集:可分为几个步骤: (1) 踏勘扫描场地, 根据现场情况估计扫描站点数 (2) 为了布设高精度的标靶网, 要保证每个标靶和至少两个控制点通视。 (3) 三维扫描, 扫描的分辨率设置为1/4, 为了能够准确地提取靶标中心点, 对靶标分别采取了较高分辨率的扫描。

(3) 内业数据处理: (1) 点云去噪与补洞。由于扫描场景有人员车辆等导致原始数据含有较大噪点, 使用Pointools Edit中进行彻底的去噪。 (2) 站点配准。使用球形控制点配准, 将点云配准到控制网坐标系下; (3) 三维模型重建[4]。在大楼周围布设一条闭合导线, 用电子全站仪SET230R测定导线的边长和转折角, 经过平差计算得到各控制点的平面坐标, 得到建筑物结构体的三维线划图, 将测得的全部数据用AutoLISP程序处理, 进行自动连线, 并按要求添加轴线以及进行注记。对总线框图进行渲染和三维处理, 得到其三维模型。

3.3 三维激光扫描技术在数字校园建设中的操作应用技能总结

我们总结了大量数字校园三维激光扫描项目的经验并结合FARO Focus 3D三维激光扫描仪的工作特点等总结了以下三维激光扫描技术的操作应用技能经验: (1) 扫描区域扫描路线草图绘制:外业数据采集工作之前, 根据实地勘探绘制扫描区域草图, 标明控制点、扫描站点和标靶布设位置等, 以便后续数据处理时参考。 (2) 扫描站点布设:在标靶点附近选择扫描站点。扫描站点的布设要符合: (1) 站点必须选择在平坦、稳定的地方, 严禁在路上的石块、杂草丛生等地方安置仪器; (2) 在保证精度的情况下, 每个扫描站点应能最大范围地扫描到目标场景; (3) 尽量确保每个扫描站点上无被遮挡区域。 (3) 标靶布设:根据扫描要求和扫描环境的实际情况, 在扫描区域内布设标靶。应将标靶布设在站点与站点的重叠区域内, 且至少布设三个以上的标靶, 布设标靶时应注意不能将其布设在一条直线上。

4 三维全景图片结合三维激光扫描技术在构建数字校园上的实际应用

4.1 基于三维全景图片的数字校园可视化平台的建设

通过全景数据采集, 对采集的实景数据分类和处理, 将实景数据和数字地图坐标数据进行整合, 形成较为完整的校园全景漫游观看服务;通过互联网及管理信息系统技术, 将含有全景漫游及地图数据的管理服务提供给客户端用户。如图4所示, 该平台主要包含全景漫游在线观看服务和可视化管理服务两大模块。

4.2 全景拍摄结合三维激光扫描技术的一种数字化三维空间全景图片格式

一般的全景图片摄制方法已经较为成熟被广泛应用于各个领域。本文通过将三维激光扫描技术与全景摄像技术结合起来用于景点图像, 获取实验数据和最佳配置的参数范围, 提出了制作一种包含景点空间环境xyz坐标信息的三维全景图片的新方法。其基本原理是应用Foucs 3D扫描仪, 激光扫描获取景点空间点云数据, 结合全景摄像将RGB信息标定贴敷到点云数据上, 使得最后形成的图片是真正的三维空间彩色图片, 而且还可以提供图片中物体的三维空间坐标信息。

5 结语

本文主要论述了三维全景图片摄制技术结合三维激光扫描技术在数字校园建设上的实际应用。较为全面的分析了三维全景技术的拍摄及制作原理。通过研究三维激光扫描技术应用于校园建筑及地理信息的空间信息采集、校园建筑三维模型重建等技术原理、操作方法、具体项目工作流程, 详细总结归纳了三维激光扫描技术的实际应用技能, 给数字校园建设提出了一些创新的思路。

摘要：“数字校园”是通过信息技术与数字方式对校园生活的方方面面进行展示与管理。其中校园园景的三维全景数字空间图片及校园建筑的数字化点云数据扫描是建设数字校园的基础, 是当前信息技术领域的一个重要发展方向之一。本文通过讲述三维全景图片摄制技术原理并结合三维激光扫描技术, 建立数字校园空间方位数据库, 提出了一种较为新颖的“数字校园”建设方案, 能够直观的向外界展现校园的真实景观。

关键词：数字校园,三维激光扫描,三维全景图片,点云数据

参考文献

[1]赵毅力, 徐丹.基于全景图像的虚拟漫游系统研究[J].计算机与现代化, 2011.06.11-14.

[2]刘德利, 张亚双.数字校园三维景观建模方法的分析与应用[J].工程技术, 2011.05.73-74.

[3]刘春, 杨伟.三维激光扫描对城市空间特征的采集和建模[J].同济大学学报, 2000.09.315-321.

激光三维加工 篇6

利用最新的计算机虚拟现实技术和三维激光扫描技术, 对校园整体建筑和功能区及相关空间信息数据进行统一的采集、存储、分析和数字化的表达, 产生虚拟三维校园实景模型, 让其直观形象地逼近校园实景, 便于学校各项工作的开展。传统的利用全站仪和GPS等设备只能获取单点高精度空间三位信息数据, 对于三维校园的建立存在工作量繁重且不可避免的丧失很多真实信息, 同时对于按真实比例建模的虚拟三维校园实景模型存在信息不足的严重障碍。基于以上原因, 传统的获取空间三维信息的方法已经难以满足三维校园建设的需求。因此建设三维校园亟待解决的问题就是在方便快捷的手段上将校园实景在计算机中再现, 便于校园信息的浏览、分析和查询。计算机虚拟现实技术和三维激光扫描技术的出现和发展为三维校园的建设提供了有力的技术支持, 通过全新的技术和手段让校园虚拟三维实景在计算机中的重现成为了可能。

1 计算机虚拟现实技术

虚拟现实技术即虚拟现实。虚拟现实 (Virtual Reality, 简称VR, 又译作灵境、幻真) 是近年来出现的高新技术, 也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界, 提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟, 让使用者如同身历其境一般, 可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。[1]虚拟现实是多种技术的综合, 包括实时三位计算机图形技术, 广角 (宽视野) 立体显示技术, 对观察者头、眼和手的跟踪技术, 以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。该技术一个主要的应用方面就是在地理中, 将三维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政设施的三维立体模型融合在一起, 再现城市建筑及街区景观, 用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的城市街道景观, 可以进行诸如查询、量测、漫游、飞行浏览等一系列操作, 满足数字城市技术由二维GIS向三维虚拟现实的可视化发展需要, 为城建规划、社区服务、物业管理、消防安全、旅游交通等提供可视化空间地理信息服务。

虚拟三维校园就是虚拟现实技术的具体应用, 它由浅至深有三个应用层面, 分别适应学校不同程度的需求:

○1简单的虚拟我们的校园环境供游客浏览;

○2基于教学、教务、校园生活, 功能相对完整的三维可视化虚拟校园;

○3以学员为中心, 加入一系列人性化的功能, 以虚拟现实技术作为远程教育基础平台;

虚拟现实技术以其自身强大的教学优势和潜力与三维激光扫描技术的结合, 将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐, 最终两者将在教育培训领域广泛应用并发挥重要作用。

2 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术主要利用激光测距原理来获取目标数据[2], 可用于变形监测、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, 具有不需要合作目标、高精度、高密度、高效率、全数字特征等优点[3]。三维激光扫描技术可以真实描述扫描对象的整体结构及形态特性[4], 快速准确生成三维数据模型, 有效避免基于点云数据进行分析造成的局部性和片面性[5]。

三维激光扫描系统集激光发射器、数码相机、控制电路板、滤光镜为一体[6], 地面三维激光扫描测量系统的工作过程, 实际上就是一个不断重复的数据采集和处理过程.它通过具有一定分辨率的空间点所组成的点云图来表达系统对目标物体表面的采样结果。

三维激光扫描技术在虚拟三维校园实景模型建立的应用中具有如下的优势:

○1能够高效快速的获取空间三位信息点云数据, 用于生成三维实体模型, 将实景复制到计算机中, 方便校园物体属性和信息的浏览、查询和分析;

○2根据三维激光点云数据建立三维校园实体模型, 通过前后模型的比较分析, 可以清楚的了解到学校建筑和功能区的变化情况, 从而为校园规划设计提供依据;

○3按照实体比例建模的虚拟三维校园实景模型可以进行多种数据信息的提取和分析, 形成一个功能相对完整的三维可视化虚拟校园。

3 三维激光扫描技术在虚拟三维校园实景模型中的应用方向

3.1 虚拟校园实景的三维可视化访问和管理

利用三维激光扫描技术将校园的整体建筑和功能区进行三维激光扫描, 获取点云数据后进行处理, 建立虚拟三维校园的实体模型。每个建筑和功能区都有详细的属性介绍, 方便游客和管理部门进行访问。对于学校的对外宣传和职能部门的管理有很大的促进作用。另外还可以建立虚拟三维校园模型的导航系统, 使用者可以方便快捷的浏览、查询和操作。

3.2 校园功能区基于Web云的浏览

通过三维激光扫描技术获取校园的建筑和功能区的点云数据后, 对数据处理分析, 进行纹理采集, 特征性提取等构建实景模型, 然后通过与计算机虚拟现实技术的结合, 利用三维点云后处理软件生成校园的Web点云, 这样我们就可以在网页上浏览到校园的虚拟三维实景模型。校园Web点云的优势在于不仅具有校园构筑物和功能区的三维空间信息数据, 而且还具备校园的实景颜色信息。使用者通过网络便可远程浏览到校园的实景信息。另外, 该形式的成果还具备精准的量算功能, 方便校园属性信息的提取和分析, 为规划者提供良好可靠的规划依据。

3.3 校园前后三维模型的比较分析

校园的规划也是一个不断发展变化的过程, 对发生变化的建筑和功能区进行扫描和重新建模, 更新其属性信息, 能够让管理人员和访客即时的了解到校园的最新信息。另外多次扫描的校园三维数据模型进行存储和叠加分析, 可精确地了解到目标的结构形变、位移以及属性变化关系等, 为校园进一步规划发展提供真实可靠的基础数据, 也可以让访客了解到学校的变迁史, 感受校园的文化底蕴和氛围。

4 结束语

三维激光扫描技术是近年来出现的一项高新技术, 是测绘工具的又一次更新换代, 是在空间定位技术后的测绘技术的又一次新突破。该技术以其快速、精确、无接触及三维可视化的特点在越来越多的领域发挥其重要的作用。它是获取空间三维信息的一种有效快速的方式。作为一项新兴的测绘技术, 它突破了传统的单点测量模式, 为虚拟三维校园实景模型的建立提供了一个崭新的技术途径。将三维激光扫描技术应用于虚拟三维校园领域可以有效解决以前的技术难题。目前, 三维激光扫描技术还处于发展阶段, 但随着三维激光技术在测量距离和精度等性能方面的不断提升, 基于三维激光技术的各项一定会得到广泛的应用。

摘要：作为数字化校园重要组成部分的三虚拟维校园实景模型也已成为校园信息化建设的重要组成部分。三维可视化的模式让校园管理更加便捷、直观, 相较于传统的基于二维平面地图和影像地图的虚拟校园, 其更能满足学校对外宣传、校园导航、校园规划和信息化管理的多元化要求。三维激光扫描技术可以快速高效地扫描对象的整体结构和形态特性, 准确生成三维数据模型, 对于校园空间三维信息的获取非常适用。本文探讨三维激光扫描技术在虚拟三维校园中的应用和方法, 指明了该技术在虚拟三维校园建设中的应用方向。

关键词：虚拟三维校园,三维激光扫描技术,三维校园管理

参考文献

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地面三维激光扫描检校测量 篇7

三维激光扫描技术是20世纪90年代中期激光应用研究的一项重大突破, 它对测绘领域的又一次技术革命, 与传统的单点测量方法相比, 它具有精确、快速、高精度、无接触、全数字化、测量方式灵活等特点。目前, 它主要应用于三维立体建模、变形监测、地形测绘、虚拟现实、竣工验收测量、管线测量等方面[1]。本文在介绍三维激光扫描技术检校测量的方法及步骤基础上, 并结合Leica P20为例进行说明。

2 地面三维激光扫描的原理和方法

地面三维激光扫描测量系统由地面三维激光扫描测量仪集成内置数码相机、标靶、后处理软件、电源以及附属设备构成。地面三维激光扫描特种精密工程测绘的主要作业流程包括仪器的检校测量、外业数据采集、数据处理、三维建模、基于地面三维激光扫描的数据模型计算分析与绘制、测绘成果技术报告等几个步骤。目前中国国内还没有一整套完整的地面三维激光扫描检校测量作业规范来规定实施地面三维激光扫描检校测量, 而是使用制造商提供的地面三维激光扫描检校测量证明书来证明仪器达到的精度指标。由于地面三维激光扫描对精度的要求非常高, 从而使得测绘单位对作业前地面三维激光扫描检校测量是非常有必要的。

3 地面三维激光扫描检校测量作业流程

3.1 标靶测量检校测量

首先架设对中整平全站仪, 量取仪器高, 使用钢卷尺量取与仪器一样高的高度设置靶标, 严格缜密的张贴塑料线划圈于标靶上。接下来当对标靶0度时全站仪十字丝瞄准标靶中心, 再每一次顺时针90度旋转进行测量, 对比原位时靶心读出偏移距离并记录 (见图1和2) 。标靶的限差是1.5毫米, 利用Excel表格结合标靶测量结果制作出标靶检校测量报告。标靶检校测量通常是每半年进行一次, 也对新买的标靶、长途运输后、对标靶精度有怀疑时进行测量。

3.2 地面三维激光扫描仪检校测量

首先每次检校测量固定环境, 确定扫描仪和标靶的位置, 通常将标靶均匀的设置在各个方向并建立两个控制点, 本次测量将6个标靶从T1到T6标注, 每一个标靶尽可能要垂直正面对向扫描仪。测站扫描完后, 还必须对每一个标靶进行精细扫描 (见图3) 。

接下来还需用无反射全站仪架设在扫描仪测量的控制点上, 精确测出每一个标靶中心的三维坐标, 此外标靶与扫描仪的距离要适中, 太近或太远会降低精度。

3.3 数据处理

使用地面三维激光扫描的后处理软件生成的点云图, 得出每一个标靶的三维坐标, 与全站仪测得的标靶三维坐标进行计算比较, 分析和书写地面三维激光扫描仪检校测量报告, 限差要求在1.5毫米, 如果数据对比超过1.5毫米, 需要重新观测或者生产厂家来做进一步的检校测量和仪器检查等工作。

4 实地检核测量

六段解析法:

由H.R.Schwendener在1971年提出了六段解析法, 也称之为六段全组合法, 是一种不需要知道测线的精确长度, 而采用全站仪本身的测量成果, 然后通过间接平差计算求定加常数K的方法。它不受对中误差及乘常数的影响[2]。

a.检定方法。其基本做法是设置一条直线, 将其分为d1, d2…, dn等n线段, 如下 (图4) :

经观测得到D及各分分段d.的长度以后, 则可算出加常数K。因为:

由此可得:

将式 (2) 微分, 转换成中误差表达式, 并假定测距中误差均为md, 则计算加常数的测定精度公式为:

从估算公式 (3) 可见, 分段数n的多少, 取决于测定K的精度要求。一般要求加常数的测定中误差mk应不大于该仪器测距中误差md的0.5, 即mk≤0.5, 现取mk=0.5md代入 (2- 8) 式, 计算得n=6.5, 所以要求分成6~7段, 一般取6段, 这就是六段解析法的理论依据。

b.测试场。为提高观测精度, 须增加多余观测, 故采用全组合观测法, 此时共需观测16个距离值。在六段法中, 点号一般取6, 7, 8, 9, 10, 11, 12。在6, 7, 8, 9, 10, 11, 12各点上分别设站 (见图5) 。

测实场选择在Curtin大学的EDM基线测量场, 实行强制归中测量的观测墩柱, 并采用全组合观测法测距, 得21个距离观测值, 每段距离观测时多次读数, 最后取其平均数[3]。则须测定的距离如表1。

为了全面考查仪器的性能, 最好将21个被测量的长度大致均匀分布仪器的最佳测程以内。本次测试采用国际上先进的地面三维激光扫描仪器Leica HDS P20。首先用Trimble S8全站仪对6个控制点的16段距离进行精确测定, 每段距离上进行五个测回, TrimbleS8全站仪的标称测距精度为± (1mm+1ppm) [4]。全站仪测得的距离数据值经过改正后可作为标准参考值, 将三维激光扫描仪的实验结果和仪器供应商仪器检定表进行对比 (见图6, 7, 8) 。

5 结论和展望

本文对地面三维激光扫描的原理简要的概述, 通过全面而系统的实际操作对地面三维激光扫描系统的检校测量和流程进行了叙述, 为后期的工程开展提供了精度的依据和质量的保障, 也为地面三维激光扫描系统的检校测量提供了方法[6]。

通过检校测量, 可以得到如下的结论:a.对地面三维激光扫描的标靶检校测量时非常有必要的, 在完成了标靶的检校测量合格后, 才也可以在测量过程中放心的使用标靶;b.地面三维激光扫描仪器的检校测量可采用固定的环境和标靶, 利用坐标对比, 进行分析地面三维激光扫描仪器的误差。c.地面三维激光扫描仪器的检校测量也可采取已知的测量基线, 测量距离, 水平角和垂直角进行对比。总之, 地面三维激光扫描仪器精度高, 对测试的工作环境, 仪器设备和人员的要求比较高。仪器在工程开展之前检校测量是必须和有效的。

6 结论

地面三维激光扫描技术应用处于相对新兴和研究应用阶段, 需要不断的完善和研究它, 同时还面临有些问题需要解决:

6.1目前还没有一套完整成熟的检核测量和测量规范。地面三维激光扫描测量往往用于精密测量, 目前还没有具体的测量精度要求。

6.2 地面三维激光扫描测量受到测量距离的限制, 以 Leica P20为例测量范围从0.4米到120米[5], 对于某些远距离的物体进行地面三维激光扫描其精度和作业范围受到限制。

6.3地面三维激光扫描测量受到天气, 温度, 气压, 湿度和粉尘等的影响。地面三维激光扫描测量仪器还没有做到这些方面的测量改正。在雨雪大雾等天气下, 野外作业受到限制。本次测试没有考虑到在不同的扫描环境下的差异。

6.4目前仪器成本过高对于国内测绘单位, 地面三维激光扫描测量市场目前还不大, 使得地面三维激光扫描测量推广与应用受到局限, 从而使得地面三维激光扫描测量技术不能较快的普及。

参考文献

[1]杨伟, 刘春, 刘大杰.激光扫描数据三维坐标转换的精度分析[J].工程勘察, 2004 (3) :61-63.

[2]黄伟明.光电测距仪实用检测新方法[M].北京:测绘出版社, 1993.

[3]Lichti.D.D, M.P.Stewart, Tsakiri.M and A.J.Snow.Benchmark Tests on a Three-dimensional Laser Scanning System.http://spatial.curtin.edu.au

[4]Trimble S8 Total Station User Guide.2008.Vesion 1.0.http://www.trimble.com/

[5]Leica Scan Station P20 User Manual.2012.Version1.1.http://www.leica-geosystems.com/en/

地面三维激光扫描仪应用综述 篇8

经过近几年各项技术的发展,出现了集成多种高新技术的新型测绘仪器—地面三维激光扫描仪,它采用非接触式高速激光测量方式,在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量,直接获得激光点所接触的物体表面的三维坐标、色彩信息和反射强度—点云数据。点云数据经过计算机处理后,结合CAD可快速重构出被测物体的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。因此,它的出现立刻引起各层人员的极大兴趣,在诸多方面的应用研究也随即展开,并取得一系列成果。本文就此作个简单总结。

1 地面三维激光扫描仪测量原理

地面三维激光扫描系统主要有三部分组成,扫描仪、控制器(计算机)和电源供应系统,如图1所示。激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统,同时也集成CCD和仪器内部控制和校正等系统。在仪器内,通过一个测量水平角的反射镜和一个测量天顶距的反射镜同步、快速而有序地旋转,将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域,测距模块测量每个激光脉冲的空间距离,同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲激光的水平角和天顶距,最后按空间极坐标原理计算出扫描的激光点在被测物体上的三维坐标。整个内外部系统如图1所示。

扫描仪的内部有一个固定的空间直角坐标系统。当在一个扫描站上不能测量物体全部而需要在不同位置进行测量时;或者需要将扫描数据转换到特定的工程坐标系中时,都要涉及到坐标转换问题。为此,就需要测量一定数量的公共点,来计算坐标变换参数。为了保证转换精度,公共点一般采用特制的球面标志和平面标志,如图2所示。

点云数据以某种内部格式存储,因此用户需要厂家专门的软件来读取和处理,OPTEC的ILRIS-3D软件,Cyrax2500的Cyclone软件、LMS-Z420的3D-Ri SCAN软件和Zoller+Fröhlich的LFM软件、MENSI的Realworks等都是功能强大的点云数据处理软件,他们都具有三维影像点云数据编辑、扫描数据拼接与合并、影像数据点三维空间量测、点云影像可视化、空间数据三维建模、纹理分析处理和数据转换等功能。

2 激光扫描仪的主要技术指标

三维激光扫描仪是一项新的测绘技术,它可以快速高效地获取测量目标的三维影像数据,使得测绘技术人员突破传统测量数据处理方法,进入到新的数据挖掘和开发的研究中。作为一种新的测量手段,三维激光扫描仪有如下优点:

(1)速度快,密度高,精度高,特别适合大面积或者表面复杂的物体测量及其物体局部细节测量;

(2)不需要接触物体,昏暗和夜间都不影响外业测量;

(3)快速和准确地获取表面、体积、断面、截面、等值线等;

(4)方便将3D模型转换到CAD系统中,直接供工程设计。

地面三维激光扫描仪经过近几年的发展,已有多家制造商生产了多类型的仪器并投放到市场,而且仪器的各项技术指标都还在不断地更新。不同扫描仪在测程范围(1~1000m)、测距模式(脉冲法、相位比较法和光学三角法)、测距精度(0.4~20mm)、测量速度(100~62500点/秒)、测量采样密度、销售价格等都存在一定的区别。现在还没有一种扫描仪,既能进行短程测量,又能进行中远程测量。限于篇幅,表1仅列出了4种主要应用于工程测量中的中远程地面激光扫描仪的主要技术指标。

3 地面三维激光扫描仪精度评价

目前,地面激光扫描仪已经得到广泛应用。通过有关文献的试验结果,表明扫描测量数据经后处理和模型化后基本上都能达到厘米级,测量条件好时还可以达到更高。由于扫描仪总体上还是个黑箱系统,测量过程以及相应的数据处理与全站仪相比有着很大的区别。目前对其进行的精度评价的结果主要是在部分特征点上与全站仪测量结果进行对比而得。

显然,激光扫描仪测量点的坐标精度与角度测量和距离测量有关。角度的测量精度由仪器内部元器件的分辨率、产品质量和安装质量(如轴系不相互垂直)决定,它的工作模式—自动化连续运转也就决定了采用常规方法对扫描仪的测角精度进行评定是不可能的。但用常规方法对距离测量精度展开研究是可能的。对于无合作目标的反射,距离测量的精度除了与气象条件(温度,气压、湿度)和内部测距方式有关外,更多地则与反射面的物理特性(表面反射强度、颜色、表面平整度等)、激光入射角度和距离测程有关。

苏黎世高等工业学院对Zoller+Fröhlich公司的IMAGER 5003激光扫描仪就距离测量精度进行了一些试验研究。他们在室内50m范围内用IMAGER5003在不同的距离下,对不同的材质目标和不同的入射角进行距离测量,然后与标准已知距离进行对比。试验结果表明,扫描仪的距离测量精度与材料性质、入射角和测程都有很大的关系,不同条件下的距离测量差值在几毫米和数十毫米之间。距离越近、入射角越小、放射漫反射强,则精度越高。

由此可见,在获取扫描数据后,通过进一步处理(粗差剔除、点云剪切、点云拼接等),最后建立测量对象的3D模型。而这些过程都对原始数据进行滤波、平滑等处理,进一步提高了最终模型精度。因此,通常情况下达到厘米级精度应该是有保障的。但要在精密工程测量中达到毫米级的精度,还必须进一步做试验研究,且必须严格顾及现场测量条件(气象、测量对象的表面的物理性质、测量范围、测量视角等),仔细拟定观测方案。

4 地面三维激光扫描仪的工程应用

三维激光扫描仪特别适合于对大面积的、表面复杂的物体进行精细测量。鉴于该特点,目前在许多工程领域中已经得到了应用。

4.1 工程测量

(1)复杂工业设备的测量与建模:一些工厂管线林立,纵横交错,用传统的测量方法效率低下。而利用激光扫描仪测量和数据处理后就可以生成这些复杂工业设备的3D模型,为设备的制造和工厂规划提供可视化的三维模型,极大提高了工作效率,测量资料还可以用于工厂管理。

(2)带状和局部地形测量:带状地形图测量主要对线路两旁(铁路、公路、河流两岸等)的局部不规则带状地形进行测量;局部地形测量主要对危险的或者人员难以到达的地带(如岩壁、开挖区、塌陷等)进行测量。这些地形测量工作较传统的测量方法有更高地效率。

(3)路面测量:用于路面竣工后的质量检测;计算路面平整度;也可以为道路设计提供实地模型。

(4)大型土木工程形状测量:包括对隧道、桥梁、地下坑道等在施工过程中和竣工后的形状测量,既可以进行施工指导和质量控制,又可以作为数字文档资料。

(5)变形监测:相对于传统的测量方法与技术(GPS、全站仪)而言,其精度均匀、密度高,可以发现变形体局部细节变化,也便于从整体上分析和评价变形体的稳定性。对滑坡、岩崩、雪崩、矿山塌陷、大坝、船闸、桥梁等工程变形监测有很好的前景。

4.2 工业与医学测量

在这个领域应用特点是测程短(<4m),测距精度要求高(<1mm),例如Minolta VI 900配置的长、中、广三种不同焦距的镜头,测距精度高于0.1mm,测程0.6~2.5m。这类短程扫描仪主要应用于工业测量中流水线和工业机器人在线质量控制、工业设计以及医学中外科整形、人体测量、矫正手术等。

4.3 建筑测量与文物保护

一些著名建筑物、文物、雕塑等,其形状怪异、表面凸凹不平,不方便(也不允许)在其上粘贴测量标志,即要求无接触测量。以前是以摄影测量为主,但现在可充分利用激光扫描仪的高密度和高精度点云数据,来获取建筑物表面的精细结构,随时得到等值线、断面、剖面等。当建筑物和文物等遭到破坏后能及时而准确地提供修复和恢复数据。

4.4 逆向工程

逆向工程是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。传统的复制方法是先做出一比一的模具,再进行生产。这种方法无法建立工件尺寸图档,也无法做任何的外形修改,已渐渐为新型数字化的逆向工程系统所取代。由于三维激光扫描仪能对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描,得到其三维轮廓数据,配合反求软件进行曲面重构,并对重构的曲面进行精度分析、评价构造效果。

4.5 应急服务

对失事飞机、汽车和火车事故等现场做详细而精确的细节测量,可为日后事故鉴定提供准确的空间信息,也可作为档案资料。这在以前是不可能实现的。

5 三维激光扫描仪的发展

作为新技术,三维激光扫描仪也存在很多问题,比如如何全面检验和评价三维激光扫描仪测量精度;软件对海量数据的处理速度较慢,对作业人员要求较高;设备费用太高等。

三维激光扫描仪今后的研究和发展应该主要体现在以下三个方面:

(1)进一步改进硬件,使激光扫描仪有更高的测量精度、更快采样速度以及低廉的价格,同时还具备全站仪的部分功能(如整平、定向、单次测量等),使其能在精密工程测量和工业测量中得到广泛应用;

(2)与其他传感器集成,如与摄影测量/CCD的集成,与动态测量车的集成等,相互利用其优势,扩展应用领域,提高工作效率;

(3)进一步完善和开发后处理软件,使处理的数据量更大、数据处理的速度更快,软件操作更容易。

参考文献

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