基于地面三维激光扫描的古建筑三维重建及虚拟现实的应用研究
发布时间：2021-04-27 14:00
目前,许多古建筑物破损严重,越来越多的人们认识到古建筑物中蕴含着重要的价值,古建筑保护问题成为时下热点,很多学者对其进行了研究,本文结合前人成果对此进行进一步研究。论文详细地介绍了地面三维激光扫描技术和虚拟现实技术,在此基础上结合程阳风雨桥的实际情况,建立了程阳风雨桥的三维模型,并开发了程阳风雨桥虚拟现实系统。本文以地面三维激光扫描仪获取的程阳风雨桥数据为样本,基于PCL点云库对点云数据配准方法展开研究,利用Trimble Realworks和3ds MAX进行后续数据处理及三维建模,最后运用C#语言以Unity 3D为平台开发程阳风雨桥虚拟现实系统。主要研究成果如下:（1）特征配准方法虽耗时短但精度不高,程阳风雨桥结构复杂寻找特征点困难,所以特征配准方法并不适合此类古建筑的精确配准,而ICP算法相对精确但耗时长,本次研究数据量大,运用此方法对于计算机运行速度是极大考验。本文将SAC-IA算法与ICP算法结合,此方法对于前两者无论在精度或者耗时方面都有明显提升,因此SAC-IA粗配准加上ICP精配准算法更为适合此类特征点不明显的点云数据。（2）以测量机器人测量数据为基准,比较地面三维激...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 地面三维激光扫描技术在古建筑保护上的优势
1.1.2 虚拟现实技术对古建筑保护的意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 地面三维激光扫描技术在古建筑保护上的国内外研究现状
1.2.2 虚拟现实技术在古建筑保护上的国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容
1.4 论文的创新点
第二章 地面三维激光扫描技术与虚拟现实技术理论及数据采集工作
2.1 地面三维激光扫描技术
2.1.1 地面三维激光扫描技术原理
2.1.2 三维激光扫描系统分类
2.1.3 Trimble TX8地面三维激光扫描系统
2.2 虚拟现实技术
2.3 数据采集
2.3.1 案例介绍
2.3.2 三维激光扫描技术的精度分析
2.3.3 技术流程
2.3.4 前期准备工作
2.3.5 制定实施方案
2.3.6 数据采集工作
2.4 本章小结
第三章 点云数据配准技术
3.1 点云配准的数学模型
3.1.1 刚体变换矩阵
3.1.2 转换矩阵求解
3.1.3 目标函数
3.2 特征配准
3.2.1 同名点
3.2.2 点云特征描述
3.2.3 特征配准优劣势分析
3.3 ICP配准
3.3.1 传统ICP算法原理
3.3.2 传统ICP算法描述
3.3.3 传统ICP算法的优劣性分析
3.4 改进的ICP算法
3.4.1 SAC-IA算法介绍
3.4.2 改进算法介绍
3.5 配准结果分析
3.5.1 车门把手点云数据配准结果分析
3.5.2 后视镜点云数据配准结果分析
3.5.3 程阳风雨桥点云数据配准结果分析
3.5.4 配准结果总结
3.6 本章小结
第四章 古建筑点云数据处理及三维重建
4.1 数据处理
4.1.1 数据配准
4.1.2 数据去噪
4.1.3 数据精筒
4.2 古建筑物三维重建
4.2.1 二维平面图的建立
4.2.2 三维实体模型建立
4.2.3 三维模型精度分析
4.2.4 纹理贴图及渲染
4.3 本章小结
第五章 古建筑虚拟现实系统
5.1 虚拟现实系统分析与设计
5.1.1 虚拟现实系统开发工具
5.1.2 虚拟现实系统总体设计
5.2 关键技术
5.2.1 虚拟环境搭建技术
5.2.2 角色控制技术
5.2.3 碰撞检测技术
5.3 GUI界面设计与功能实现
5.3.1 双通道切换模式
5.3.2 二维图信息查看
5.3.3 虚拟漫游
5.3.4 信息检索
5.3.5 测量功能
5.3.6 小地图导航
5.3.7 修改/建立模型
5.4 系统优化与部署
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录A SAC-IA+ICP配准部分代码
附录B 第一人称控制器部分代码
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维激光扫描技术的古文物修复研究[J]. 余培永,杨松勇. 数码世界. 2017(07)
[2]基于SAC-IA和改进ICP算法的点云配准技术[J]. 陈学伟,朱耀麟,武桐,王祖全. 西安工程大学学报. 2017(03)
[3]虚拟现实技术在地质科普中的应用[J]. 任伟. 地质论评. 2017(S1)
[4]泰勒级数准则函数鲁棒性点云配准算法[J]. 李准,潘幸子,董方敏,李娜,杨继全,孙水发. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(04)
[5]虚拟现实技术实现对古建筑的数字化保护[J]. 符达鹏,龚如月,柳絮,吕晨星,张如琼,唐博. 科学大众(科学教育). 2017(03)
[6]新丝路经济带文化遗产数字化保护及发展对策研究[J]. 杨生举,周明全,赵凡. 甘肃科技. 2016(16)
[7]基于虚拟现实技术的机械设计问题探讨[J]. 王江林. 科技传播. 2016(16)
[8]基于地面三维激光扫描仪点云数据的去噪算法研究[J]. 张金花,吴思,胡本刚,陈勇,应国伟. 测绘与空间地理信息. 2016(03)
[9]三维激光扫描技术在云冈石窟13窟数字化中的应用[J]. 田继成,罗宏,吴邵明. 城市勘测. 2014(04)
[10]三维激光扫描技术在矿山采空区测绘中的应用[J]. 邱贞生. 福建地质. 2012(01)
博士论文
[1]真实感机织物三维效果模拟显示的研究[D]. 王跃存.天津工业大学 2002
硕士论文
[1]基于地面三维激光扫描的露天矿山边坡变形监测研究[D]. 周才文.江西理工大学 2018
[2]三维激光扫描技术在文物古迹保护中的应用研究[D]. 方毛林.合肥工业大学 2017
[3]沉浸式虚拟现实课堂设计方案研究[D]. 韦艳娇.上海师范大学 2017
[4]虚拟现实技术在古村落保护中的应用[D]. 段林峰.江西师范大学 2016
[5]三维激光点云数据配准研究[D]. 张步.西安科技大学 2015
[6]基于Unity的3D虚拟校园漫游系统的开发[D]. 仲于姗.云南大学 2015
[7]三维重建过程中的点云数据处理技术研究[D]. 唐靖.重庆理工大学 2015
[8]激光扫描点云处理技术研究[D]. 李青蒙.大连海事大学 2013
[9]寒山寺建筑装饰艺术的数字化表达设计研究[D]. 李莹.哈尔滨工业大学 2012
[10]地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究[D]. 李宝瑞.长安大学 2012
本文编号：3163595
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 地面三维激光扫描技术在古建筑保护上的优势
1.1.2 虚拟现实技术对古建筑保护的意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 地面三维激光扫描技术在古建筑保护上的国内外研究现状
1.2.2 虚拟现实技术在古建筑保护上的国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容
1.4 论文的创新点
第二章 地面三维激光扫描技术与虚拟现实技术理论及数据采集工作
2.1 地面三维激光扫描技术
2.1.1 地面三维激光扫描技术原理
2.1.2 三维激光扫描系统分类
2.1.3 Trimble TX8地面三维激光扫描系统
2.2 虚拟现实技术
2.3 数据采集
2.3.1 案例介绍
2.3.2 三维激光扫描技术的精度分析
2.3.3 技术流程
2.3.4 前期准备工作
2.3.5 制定实施方案
2.3.6 数据采集工作
2.4 本章小结
第三章 点云数据配准技术
3.1 点云配准的数学模型
3.1.1 刚体变换矩阵
3.1.2 转换矩阵求解
3.1.3 目标函数
3.2 特征配准
3.2.1 同名点
3.2.2 点云特征描述
3.2.3 特征配准优劣势分析
3.3 ICP配准
3.3.1 传统ICP算法原理
3.3.2 传统ICP算法描述
3.3.3 传统ICP算法的优劣性分析
3.4 改进的ICP算法
3.4.1 SAC-IA算法介绍
3.4.2 改进算法介绍
3.5 配准结果分析
3.5.1 车门把手点云数据配准结果分析
3.5.2 后视镜点云数据配准结果分析
3.5.3 程阳风雨桥点云数据配准结果分析
3.5.4 配准结果总结
3.6 本章小结
第四章 古建筑点云数据处理及三维重建
4.1 数据处理
4.1.1 数据配准
4.1.2 数据去噪
4.1.3 数据精筒
4.2 古建筑物三维重建
4.2.1 二维平面图的建立
4.2.2 三维实体模型建立
4.2.3 三维模型精度分析
4.2.4 纹理贴图及渲染
4.3 本章小结
第五章 古建筑虚拟现实系统
5.1 虚拟现实系统分析与设计
5.1.1 虚拟现实系统开发工具
5.1.2 虚拟现实系统总体设计
5.2 关键技术
5.2.1 虚拟环境搭建技术
5.2.2 角色控制技术
5.2.3 碰撞检测技术
5.3 GUI界面设计与功能实现
5.3.1 双通道切换模式
5.3.2 二维图信息查看
5.3.3 虚拟漫游
5.3.4 信息检索
5.3.5 测量功能
5.3.6 小地图导航
5.3.7 修改/建立模型
5.4 系统优化与部署
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
附录A SAC-IA+ICP配准部分代码
附录B 第一人称控制器部分代码
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维激光扫描技术的古文物修复研究[J]. 余培永,杨松勇. 数码世界. 2017(07)
[2]基于SAC-IA和改进ICP算法的点云配准技术[J]. 陈学伟,朱耀麟,武桐,王祖全. 西安工程大学学报. 2017(03)
[3]虚拟现实技术在地质科普中的应用[J]. 任伟. 地质论评. 2017(S1)
[4]泰勒级数准则函数鲁棒性点云配准算法[J]. 李准,潘幸子,董方敏,李娜,杨继全,孙水发. 计算机辅助设计与图形学学报. 2017(04)
[5]虚拟现实技术实现对古建筑的数字化保护[J]. 符达鹏,龚如月,柳絮,吕晨星,张如琼,唐博. 科学大众(科学教育). 2017(03)
[6]新丝路经济带文化遗产数字化保护及发展对策研究[J]. 杨生举,周明全,赵凡. 甘肃科技. 2016(16)
[7]基于虚拟现实技术的机械设计问题探讨[J]. 王江林. 科技传播. 2016(16)
[8]基于地面三维激光扫描仪点云数据的去噪算法研究[J]. 张金花,吴思,胡本刚,陈勇,应国伟. 测绘与空间地理信息. 2016(03)
[9]三维激光扫描技术在云冈石窟13窟数字化中的应用[J]. 田继成,罗宏,吴邵明. 城市勘测. 2014(04)
[10]三维激光扫描技术在矿山采空区测绘中的应用[J]. 邱贞生. 福建地质. 2012(01)
博士论文
[1]真实感机织物三维效果模拟显示的研究[D]. 王跃存.天津工业大学 2002
硕士论文
[1]基于地面三维激光扫描的露天矿山边坡变形监测研究[D]. 周才文.江西理工大学 2018
[2]三维激光扫描技术在文物古迹保护中的应用研究[D]. 方毛林.合肥工业大学 2017
[3]沉浸式虚拟现实课堂设计方案研究[D]. 韦艳娇.上海师范大学 2017
[4]虚拟现实技术在古村落保护中的应用[D]. 段林峰.江西师范大学 2016
[5]三维激光点云数据配准研究[D]. 张步.西安科技大学 2015
[6]基于Unity的3D虚拟校园漫游系统的开发[D]. 仲于姗.云南大学 2015
[7]三维重建过程中的点云数据处理技术研究[D]. 唐靖.重庆理工大学 2015
[8]激光扫描点云处理技术研究[D]. 李青蒙.大连海事大学 2013
[9]寒山寺建筑装饰艺术的数字化表达设计研究[D]. 李莹.哈尔滨工业大学 2012
[10]地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用研究[D]. 李宝瑞.长安大学 2012
本文编号：3163595
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