三维激光点云数据的处理及应用研究

发布时间：2020-07-25 16:59

【摘要】：三维点云数据可以为三维地理信息系统、仿真和虚拟技术,以及数字城市建设建立真实的三维城市模型,也为与城市有关的环境设计、规划设计、交通指挥、信号布站、环保分析、虚拟旅游等工作提供仿真和模拟。由点云重建三维模型以及相关的处理技术已有多年的研究历史并取得了大量的研究成果,但由于各个领域获取三维点云数据的技术各不相同,因此现有的点云处理技术对各种领域的应用中存在着不足,如噪声、外点、数据缺失、尖锐特征的丢失和不均匀采样等所表现出的鲁棒性不足。许多研究机构和研究人员一直从事于点处理中各种关键技术的研究与改进,以提高三维点云数据的质量和处理速度。本文研究的主要目的在于提高点云数据在城市三维模型构建过程中的处理效率,并且通过提高点云数据的处理效率,以及模型重建的精度,为数字城市的快速建设提供了一定支持。本文在分析了基于三维激光扫描数据进行三维重建的理论方法和应用现状的基础上,总结了地面三维激光扫描仪的外业点云数据对模型构建的关键技术,以及总结了所应用的理论和模型重建方法。在逆向工程技术的基础上,使用TrimbleRealWorks对Trimble TX8智能型激光扫描仪所扫描得到的点云数据进行数据预处理,开展了如下四个方面的研究工作:(1)通过考虑点云数据的点间距,权重分析并且结合加权法向量优化了WLOP算法,使用了新的EnWLOP方法对点云数据进行简化;(2)对比喷气式平滑与双边滤波平滑,采用对建筑物最优的双边滤波平滑对点云数据以及其法向量进行光滑,得到了优质的点云边缘;(3)并通过泊松算法在精度不丢失的情况下对点云数据进行了快速的表面重建,节省了时间;(4)最后通过MFC结合OpenGL的方法对点云数据的处理软件进行了针对性的开发。研究主要结果有:(1)设计了一种结合加权法向量的WLOP算法,通过与主流软件的处理结果对比,使点云简化的精度以及速度均有提高;(2)对现阶段大部分点云处理软件不考虑法向量的处理方法,估算了法向量,使建模的精度获得提高;(3)对3种点云数据平滑的方法进行对比,得出双边滤波平滑方法是对建筑物最优的平滑方式;(4)由于主流软件对于点云数据的处理比较零散,没有专门针对建筑物的处理软件,本文设计并开发了针对建筑的点云处理软件,为数字城市建设提供了支持。
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P225.2
【图文】：

工程图,对数,点云,配准

图 2.1 三维激光点云配准报告由于 Trimble TX8 所生产的数据自身为加密文件，不具备三方对数据的处理工作，所以，首先使用 Trimble Real Works 软件中进行预处理操作，对数据进行解密操作，在 TrimbleRealWorks 软件中处理后，文件将被保存为以下几种类型：（1）文本文件（*.asc，*.xml，*.pts）：这种类型的文件为常见的二进制文本文件，数据保存为 3 列，分别为三维激光点云的空间坐标（X,Y,Z）坐标，或者为北、东、高程的坐标格式。在一般情况下，在固定地区，拥有固定的坐标系统的前提下，.asc 文件的存储格式为北、东、高程的格式以适配当地独立坐标系。对结果的精度和当地建筑扫描的结果吻合度达到比较高的程度。点之间的数据用换行符进行分割。点的坐标使用逗号、空格或制表符进行分割。在读入工程软件时需要进行文本到工程图像文件的转换操作。存储形式如图 2.2 所示：

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图 2.3 三维激光点云的 OFF 存储形式文本（*.ply）：PLY 文件格式是由斯坦福大学开发的。在图形领域的许多著名的模型数据，如斯坦福的文章以及点云实验中见到的 Happy Buddha、Drago术的大型几何模型库，北卡罗莱纳（UNC）电厂模式。多边形文件格式开发的目标是为满足大多数图形应建一个简单但简单的模型格式，它允许文件以 AS发人员希望这种简单而灵活的文件格式将帮助开发题。然而，由于种种原因，新的文件格式在工业领域图形学研究中，PLY 仍然是一种常用的重要文件格一种多边形模型的数据格式，不同于三维引擎常用的，每个层文件只用于描述多边形模型对象（对象），边形等数据，每一类这样的数据称为元素。与现代比，层次结构实际上是一种不简单的简单文件格式

【参考文献】