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三維掃描

前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇三維掃描范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

三維掃描范文第1篇

【作者簡介】

電影《本杰明·巴頓奇事》海報 自20世紀(jì)70年代以來,由于計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字技術(shù)在影視動畫中的應(yīng)用逐漸廣泛,并已成為影視動畫制作中不可缺少的一部分。美國導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆說道:“視覺娛樂影像制作的藝術(shù)和技術(shù)正在發(fā)生著一場革命,這場革命給我們制作電影和其它視覺媒體節(jié)目的方式帶來了深刻變化,以至于我們只能用出現(xiàn)了一場數(shù)字化文藝復(fù)興運(yùn)動來描述它。”隨著電影數(shù)字化程度的發(fā)展,在測量和逆向工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的三維掃描技術(shù)逐漸應(yīng)用到影視動畫的制作中,并對影視動畫的制作具有較為深遠(yuǎn)的影響。

一、何為三維掃描技術(shù)

三維掃描儀是用來偵測并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀與外觀數(shù)據(jù)(如顏色、紋理等性質(zhì))的科學(xué)儀器。搜集到的數(shù)據(jù)常被用來進(jìn)行三維重建計算,在虛擬世界中創(chuàng)建實(shí)際物體的數(shù)字模型。三維掃描儀的用途是創(chuàng)建物體幾何表面的點(diǎn)云,用來插補(bǔ)成物體的表面形狀,越密集的點(diǎn)云可以創(chuàng)建更精確的模型。若掃描儀能夠取得表面顏色,則可進(jìn)一步在重建的表面上粘貼材質(zhì)貼圖,即所謂的材質(zhì)印射。

三維掃描儀大體分為接觸式三維掃描儀和非接觸式三維掃描儀。其中非接觸式三維掃描儀又分為光柵三維掃描儀(也稱拍照式三維描儀)和激光掃描儀。而光柵三維掃描又有白光掃描或藍(lán)光掃描等,激光掃描儀又有點(diǎn)激光、線激光、面激光的區(qū)別。三維掃描在工業(yè)設(shè)計、地貌測量、數(shù)字文物典藏、影視動畫、游戲創(chuàng)作素材等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在影視動畫的制作中,非接觸式的拍照式三維掃描儀和激光掃描儀在虛擬物體的創(chuàng)建中發(fā)揮著重要作用,也是目前應(yīng)用最廣泛的三維掃描技術(shù)。

二、三維掃描技術(shù)在影視動畫中的應(yīng)用

隨著計算機(jī)圖形圖像技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于影視、動畫、游戲、廣告等眾多領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了過去無法想象的特技效果,給人們帶來了全新的視覺感受,成為高質(zhì)量數(shù)字媒體制作中不可缺少的手段。隨著影視動畫數(shù)字化趨勢的發(fā)展,高質(zhì)而逼真的三維虛擬物體是高清畫面必不可少的元素。三維模型創(chuàng)建的方法主要有兩個,即完全在計算機(jī)中虛擬構(gòu)造和設(shè)法獲得實(shí)物的三維彩色模型。但對于真實(shí)的、復(fù)雜的物體,例如人物,再好的模型師也無法將真實(shí)的人等比完整復(fù)制,正所謂“畫鬼容易畫人難”。于是三維掃描技術(shù)在數(shù)字影視的仿真模型制作中,顯得非常重要,如對真實(shí)角色的面部或者身體再現(xiàn)、三維場景的仿真、道具和裝飾物等模型的創(chuàng)建等方面。

(一)角色的創(chuàng)建

角色是影視動畫作品創(chuàng)作的核心,也是作品的靈魂。在影視動畫的角色創(chuàng)建過程中,三維掃描技術(shù)主要表現(xiàn)在數(shù)字替身和精細(xì)模型創(chuàng)建兩方面。

對于影視中的替身主要是指代替影片中原演員表演某些特殊和高難度的動作和技能,或原演員所不能勝任的驚險動作的特殊演員。一般選聘具有影片所需要的特殊技能的人員擔(dān)任,代替某一演員完成規(guī)定的動作。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字替身在影視制作中被廣泛應(yīng)用,并取得了良好的效果。所謂的數(shù)字替身就是指用虛擬的方式創(chuàng)建演員的三維模型,并通過虛擬角色的表演來完成真人演員不可能完成的危險或高難度動作,以此獲得較好的視覺效果。數(shù)字替身的原型一般為真人演員,所以其三維模型的創(chuàng)建是以真人為模板。為了使虛擬角色與真人演員具有高度的相似性,三維掃描技術(shù)往往成為導(dǎo)演所青睞的數(shù)字技術(shù)。無論是何種三維掃描儀都是以真人為掃描對象,以此來獲得演員的三維模型和細(xì)節(jié)特征,之后再通過逆向過程軟件進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)修補(bǔ)和局部細(xì)化,進(jìn)而獲得具有高逼真度的三維模型。

三維掃描技術(shù)在影視動畫中完全虛擬角色的設(shè)計和創(chuàng)建過程中,也是身影不斷且屢創(chuàng)奇效。在三維角色設(shè)計和制作過程中,往往要反復(fù)修改來確定角色的外觀和細(xì)節(jié)。在細(xì)節(jié)設(shè)計和制作的過程中,為了獲得更好、更逼真的效果,通過特效化妝師和雕塑師合作制作相應(yīng)的實(shí)體模型,對于角色細(xì)節(jié)的觀察和修改更加直觀。

·電影理論王建磊:三維掃描技術(shù)在影視動畫中的應(yīng)用 格倫·斯坦德林執(zhí)導(dǎo)的《Truth About Demons》在對角色模型制作的過程中,為了獲得逼真而細(xì)致的角色模型,特效師奈杰爾和他的團(tuán)隊先用三維掃描儀對小尺寸的惡魔模型進(jìn)行數(shù)字化處理,然后制作出等尺寸的頭部和肩部模型。對惡魔頭部的掃描數(shù)據(jù)主要用于細(xì)節(jié)處理,對縮小模型的掃描則用于全身造型的制作。將角色模型的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Obj,并導(dǎo)入到Maya軟件中進(jìn)行處理,另外通過掃描獲得的精細(xì)材質(zhì)紋理,使逼真虛擬角色的獲得成為可能。卡梅隆執(zhí)導(dǎo)的《阿凡達(dá)》在設(shè)計和制作納美人的過程中就制作了等比例的納美人模型,然后再掃描實(shí)體模型生成三維數(shù)據(jù),并利用這些數(shù)據(jù)建立通用的高分辨率的納美人角色?!都{尼亞傳奇3:黎明踏浪號》中羊人等角色,使用方便、高效的手持式三維掃描儀針對模型掃描獲得逼真的三維模型。特別是《本杰明·巴頓奇事》中本杰明的模型制作最具代表性。特效化妝師瑞克·巴克和雕刻家卡瑟制作了本杰明不同年齡段的逼真半身頭像。這些頭像完全是根據(jù)真人演員的臉型特征進(jìn)行制作,甚至連眼睛、牙齒等都非常細(xì)致而真實(shí)。然后,通過三維掃描技術(shù)獲得本杰明頭部的百萬級的細(xì)致模型,從而為本杰明隨著年齡變化而實(shí)現(xiàn)的頭部替換而成為可能。另外,由于三維掃描數(shù)據(jù)簡潔、準(zhǔn)確,無需過于繁瑣的后期數(shù)據(jù)處理,而大大提高了制作效率。

當(dāng)然三維掃描技術(shù)在影視動畫的應(yīng)用實(shí)例舉不勝數(shù),我們所熟悉的影片,如《侏羅紀(jì)公園》、《玩具總動員》、《泰坦尼克號》、《蝙蝠俠Ⅱ》等,那些令人震撼、嘆為觀止的特技效果,都有三維掃描技術(shù)的參與。無論是《侏羅紀(jì)公園》中的恐龍,還是《玩具總動員》中的玩偶形象、《Jungle Book》中的蛇、《Dragon Heart》中的飛龍、《終結(jié)者Ⅱ》中的Linda Hamilton等,無不是三維掃描技術(shù)神奇效果的展現(xiàn)。

三維掃描范文第2篇

關(guān)鍵詞:三維激光;掃描系統(tǒng);自動化技術(shù)

隨著圖形應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,如何將現(xiàn)實(shí)世界的立體信息快速的轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)成了人類追求的一個目標(biāo)。三維激光掃描技術(shù)是整個三維數(shù)據(jù)獲取和重構(gòu)技術(shù)體系中最新的技術(shù)。傳統(tǒng)的掃面系統(tǒng)中有很多漏洞,這些問題的存在使得最終的測量結(jié)果受到了一定的影響。相比之下,三維激光掃描系統(tǒng)在標(biāo)定、精度以及自動化方面的優(yōu)勢更加明顯。

1三維激光掃描系統(tǒng)的標(biāo)定自動化技術(shù)

1.1自動化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)要求三維激光掃描系統(tǒng)標(biāo)定自動化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)要求主要包含以下兩方面:第一,系統(tǒng)所采用的標(biāo)定算法能夠自動完成測量過程中涉及多有參數(shù)的計算。在對內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的過程中,其對所提供初始化條件的要求是,向其提供被測特征點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)及其圖像上相對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)。1.2自動化技術(shù)的方法邊緣提?。簽榱藢?shí)現(xiàn)邊緣提取目的,這里是基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的輪廓提取算法進(jìn)行計算。這種方法的實(shí)現(xiàn)過程是,結(jié)合一個共含九個點(diǎn)的結(jié)構(gòu)元素對所得的測量圖像進(jìn)行腐蝕,當(dāng)?shù)玫礁g圖像之后,利用腐蝕之前的圖像減掉腐蝕之后的圖像,實(shí)現(xiàn)測量目標(biāo)對象所有內(nèi)部點(diǎn)的掏空,進(jìn)而得出所有橢圓的邊緣,實(shí)現(xiàn)對其輪廓的有效提取。這種處理方式能夠有效保證標(biāo)定精度[1]。篩選目標(biāo):在標(biāo)定自動化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程中,涉及到目標(biāo)的篩選問題。其篩選過程的參考因素主要是不同目標(biāo)的像素數(shù)目信息以及各自的位置信息等。當(dāng)篩選過程結(jié)束之后,需要對后續(xù)過程所需的目標(biāo)進(jìn)行排序,該操作能夠保證所提取的最終目標(biāo)點(diǎn)具有左右匹配的特點(diǎn),進(jìn)而保證三維激光掃描系統(tǒng)的精度以及標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。

2三維激光掃描系統(tǒng)的精度

2.1攝像頭景深對三維激光掃描系統(tǒng)精度的影響在實(shí)際測量過程中,焦點(diǎn)前后的光線會分別發(fā)生聚集和擴(kuò)散,在這個過程中,點(diǎn)的影響會逐漸模糊成一個面積較大的圓,這個圓被稱為彌散圓[3]。當(dāng)人眼對圖像的鑒別能力超出彌散圓直徑時,該彌散圓無法被肉眼辨別出來,這個彌散圓則是容許彌散圓。在焦點(diǎn)前后兩個容許彌散圓之間的固定距離被稱為景深。在應(yīng)用三維激光掃描系統(tǒng)的過程中,當(dāng)攝像機(jī)景深小于掃描物體時,實(shí)際超出景深部分的掃描對象會變得模糊,該部分特征提取過程會受到相應(yīng)的影響,因此,實(shí)際成像位置的精確性也會受到相應(yīng)的影響。為了保證三維激光掃描系統(tǒng)的精度,在實(shí)際應(yīng)用過程中,應(yīng)該結(jié)合具體的掃描對象選擇相應(yīng)的CCD以及鏡頭。如果掃描對象具有不確定特點(diǎn),為了保證三維激光掃描系統(tǒng)的精度,應(yīng)該將掃描對象控制在攝像機(jī)的景深范圍中[4]。為了實(shí)現(xiàn)該目的,可以對z軸進(jìn)行適當(dāng)控制,使得該軸能夠沿著被掃描對象進(jìn)行高度輪廓運(yùn)動。2.2鏡頭畸變對三維激光掃描系統(tǒng)精度的影響應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的光學(xué)視覺測量系統(tǒng)中,在裝調(diào)工藝以及加工等因素的作用下,會產(chǎn)生一定的光學(xué)畸變,當(dāng)視場逐漸增加時,鏡頭產(chǎn)生的畸變也會逐漸增加。這種變化會對成像的幾何位置精度產(chǎn)生影響。這里通過成像系統(tǒng)分辨率對其影響過程進(jìn)行分析。如果攝像機(jī)自身的分辨率不會發(fā)生變化,為了提升圖像物面的分辨率,需要對拍攝視場進(jìn)行相應(yīng)的縮小處理。如果攝像機(jī)自身的分辨率可以發(fā)生變化,在測量對象固定的條件下,為了實(shí)現(xiàn)圖像物面分辨率提升目的,應(yīng)該對攝像機(jī)分辨率進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥嵘?。在?shí)際應(yīng)用過程中,圖像中心偏差、校正不合理等因素都可能引發(fā)鏡頭畸變,對此,為了保證三維激光掃描系統(tǒng)的精度,應(yīng)該對其進(jìn)行有效校正。就深度信息方面而言,其校正對象應(yīng)該集中在攝像機(jī)的基線、左右兩個不同攝像機(jī)之間存在的視差以及鏡頭固有焦距等方面[5]。

3結(jié)束語

綜上所述,在三維激光掃描系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中,其標(biāo)定自動化技術(shù)主要是通過跟蹤算法實(shí)現(xiàn)的,分割閾值、自動濾波等步驟的進(jìn)行能夠有效保證標(biāo)定自動化的實(shí)現(xiàn)。除此之外,三維激光掃描系統(tǒng)的精度主要受到鏡頭畸變、圖像中心偏差以及攝像頭景深這三種因素的影響。為了保證精度,需要對這些影響因素進(jìn)行有效控制。

作者:肖闖 楊雙祿 王雅紅 單位:沈陽理工大學(xué)

參考文獻(xiàn):

[1]唐歡歌.三維激光掃描系統(tǒng)的標(biāo)定自動化技術(shù)及精度分析[J].南方農(nóng)機(jī),2016,47(10):104.

[2]劉佳.三維激光全景掃描系統(tǒng)誤差分析及相機(jī)標(biāo)定[D].北京:首都師范大學(xué),2009.

[3]高志國.地面三維激光掃描數(shù)據(jù)處理及建模研究[D].西安:長安大學(xué),2010.

三維掃描范文第3篇

關(guān)鍵詞:三維掃描;數(shù)據(jù)采集;點(diǎn)云;逆向設(shè)計

中圖分類號:TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2016)35-0230-02

3D Scanning and Reverse Design of Cylinder Head

CAO Ran,YE Feng,TANG Chao,JIANG Suo-wen

(Changzhou Key Laboratory of Large Plastic Parts Intelligence Manufacturing, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

Abstract:This paper first introduces the principle of 3d data acquisition and way. Preprocessing, accordingly, the first thing to be measured and adjust the steinbichler focal point of three-dimensional optical scanner, modify COMETplus - 2m software parameters, and then to the collection and fitting of the point cloud finally using Geomagic software Qualify to trim strip, reverse modeling using UG software to get the final model products. In the process of collecting, fitting point cloud, the point cloud can't automatic splicing and airway scans the area less than two gives a simple and practical solutions.

Key words: 3D scanner; data acquisition; point cloud; the reverse design

1 引言

逆向設(shè)計是一個從有到無的過程,根據(jù)已經(jīng)存在的模型,用一定的測量設(shè)備對模型進(jìn)行測量,獲得三維輪廓點(diǎn)數(shù)據(jù),利用三維幾何建模方法重新構(gòu)建實(shí)物的CAD模型,反向推出產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)的過程[1]。簡單地說,就是從產(chǎn)品到數(shù)據(jù)模型再到產(chǎn)品的一個過程。本文主要說明了利用三維掃描儀和COMETplus-2m軟件進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集并擬合的一些方法,最后生成CAD模型。

2 數(shù)據(jù)的采集

數(shù)據(jù)的采集是逆向設(shè)計環(huán)節(jié)的重要步驟,如今數(shù)據(jù)的測量方式主要分為3種方式:接觸式測量、非接觸式測量和斷層式測量。接觸式測量主要是以三坐標(biāo)測量為代表,擁有較高的準(zhǔn)確性,但是會受到被測工件材料的影響。本文介紹非接觸式測量,運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,其測量系統(tǒng)統(tǒng)稱為3D掃描儀,如圖1所示。測量方法有激光三角形法、激光測距法、結(jié)構(gòu)分析法等[2]。非接觸式測量因其測量簡易,并且不受被測工件材料而影響測量,發(fā)展迅速。非接觸式測量的精度易受工件的表面反射特性以及環(huán)境溫度的影響,所以在測量時應(yīng)噴涂顯影劑來減小采集到的數(shù)據(jù)誤差。

三維光學(xué)掃描儀采用的是基于相位轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)光的三維重建技術(shù),在物體表面投射光柵后,由兩攝像機(jī)拍攝產(chǎn)生畸變的圖像,利用相位解碼獲取每一點(diǎn)的相位信息,再結(jié)合極線幾何約束關(guān)系實(shí)現(xiàn)兩幅圖像上點(diǎn)的匹配,最后根據(jù)標(biāo)定結(jié)果,利用三角計算點(diǎn)的三維坐標(biāo),以實(shí)現(xiàn)物體表面三維輪廓的測量。

本次y量采用德國steinbichler三維掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并運(yùn)用COMETplus軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。在數(shù)據(jù)采集時,按照下列步驟進(jìn)行。

1)測量設(shè)備校核:在掃描前,需要對掃描儀進(jìn)行校核,使掃描儀的兩個鏡頭的光點(diǎn)聚焦到一點(diǎn)。

2)環(huán)境控制:掃描時,需室內(nèi)溫度恒定,設(shè)定在33度左右,由于該測量方式采用光學(xué)原理,因此室內(nèi)光線不能過亮。此外被測件應(yīng)靜置在工作臺上,不能振動。

3)被測件預(yù)處理:一般情況下,通過在被測件上貼參考點(diǎn)來使掃描出來的點(diǎn)云通過參考點(diǎn)進(jìn)行擬合,但本次被測件特征明顯,可以很好的進(jìn)行拼接,所以不需要貼參考點(diǎn)。本次測量的氣缸蓋表面顏色顯暗黑色,所以需在被測件表面噴涂顯影劑來使被測件達(dá)到測量要求。在噴涂顯影劑時,要求噴涂的越薄越好,以便減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)誤差。

4)測量路徑:在測量時,需要規(guī)劃好測量得路徑,這樣可以快速準(zhǔn)確的完成測量。

在數(shù)據(jù)采集的過程中,COMETplus-2m軟件會得到點(diǎn)云圖像,在采集到的點(diǎn)云特征明顯的情況下,點(diǎn)云圖片會自動拼接,但是如果掃描出來的點(diǎn)云特征不明顯,就需手動調(diào)節(jié),找到兩張圖的特征部位,做上標(biāo)記,從而進(jìn)行手動拼接,如圖2所示。在拼接圖像時,需要通過多次匹配來使得偏差達(dá)到最小,一般要求在0.02內(nèi)。

3 點(diǎn)云的處理及模型的重建

把STL文件導(dǎo)入Geomagic Qualify軟件,經(jīng)過降噪、修補(bǔ)和調(diào)整坐標(biāo)系后,如圖4所示。然后用NX10.0進(jìn)行產(chǎn)品的逆向設(shè)計。

4 結(jié)束語

本文主要研究了逆向設(shè)計中對現(xiàn)有模型的數(shù)據(jù)采集,在采集數(shù)據(jù)時運(yùn)用的一些技巧和方法,并對掃描模型的特殊部位運(yùn)用不同的掃描方法,在此基礎(chǔ)上基于COMETplus-2m軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,最終完成模型的數(shù)據(jù)采集。

參考文獻(xiàn):

[1]羅大兵.逆向工程中數(shù)字化測量與點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理[J].2005(9):56-57.

三維掃描范文第4篇

[關(guān)鍵詞]三維激光掃描技術(shù) 基坑變形 問題 辦法

[中圖分類號] TV551.4 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X(2014)-4-182-1

隨著城市化進(jìn)程的加快,我們周圍涌現(xiàn)了很多基坑工程,為了保證施工人員在建設(shè)施工過程中擁有安全保障,我們必須使用三維激光掃描技術(shù)來對基坑進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)基坑出現(xiàn)變形的情況時,及時采取合理恰當(dāng)?shù)拇胧﹣斫鉀Q基坑變形的問題,從而為施工人員提供安全的施工環(huán)境,加快城市化的進(jìn)程。

1在對基坑進(jìn)行檢測的過程中三維激光掃描技術(shù)如何發(fā)揮作用

1.1三維激光掃描儀的工作原理

在對工程進(jìn)行監(jiān)測的過程中,使用的三維激光掃描儀不僅能夠測量建筑物的距離,還能夠?qū)ㄖ锏牡匦我约皬?fù)雜表面進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的描述。三維激光掃描儀還有數(shù)字?jǐn)z影和內(nèi)部自檢系統(tǒng),是集測量距離、描述事物、攝影于一體的測量儀器。

當(dāng)今時代,三維激光掃描儀是使用高速激光對建筑物進(jìn)行時間的記錄以及距離的測量,測量距離的方法大多數(shù)都是采用TOF脈沖測距法,計算方法大多為三維激光點(diǎn)坐標(biāo)法。

1.2三維激光掃描技術(shù)在使用過程中存在哪些誤差

在使用三維激光掃描技術(shù)對基坑進(jìn)行掃描時,可以出現(xiàn)系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差是三維激光掃描技術(shù)在應(yīng)用過程中不可避免的,也是由于機(jī)器在使用過程中受使用條件的約束而導(dǎo)致的誤差。偶然誤差主要是測量人員在使用三維激光掃描儀的過程中產(chǎn)生的誤差。誤差主要有儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差、建筑物產(chǎn)生的測量誤差以及自然環(huán)境產(chǎn)生的測量誤差,下面就讓我們看一下三維激光掃描儀出現(xiàn)各種誤差的因素是什么。

1.2.1儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差的影響因素

三維激光掃描儀在使用的過程中,掃描儀在使用時內(nèi)部的各個零件間出現(xiàn)的測距和測角的誤差即為儀器使用中產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

測距誤差主要是因?yàn)榧す庠跍y距的過程中會帶來不可避免的誤差,尤其是在對激光脈沖回波信號進(jìn)行分析處理的過程中,因?yàn)槿S激光掃描儀中脈沖計時存在誤差以及測距技術(shù)本身存在的缺陷而產(chǎn)生的誤差。

測角出現(xiàn)誤差主要是因?yàn)槿S激光掃描儀在使用的過程中,掃描的角度對測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。三維激光掃描技術(shù)在對建筑物進(jìn)行掃描時,掃描鏡鏡面發(fā)生微小的變動以及鏡面平面角出現(xiàn)誤差以及掃描電機(jī)的不規(guī)則運(yùn)動都會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)失真。

1.2.2建筑物的自身特性造成測量誤差

在對建筑物進(jìn)行三維激光掃描時,建筑物自身的一些特性,比如建筑物表面的光滑程度以及建筑物在施工過程中的傾斜程度等特性,都將影響到三維激光掃描儀測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)建筑物與掃描光束之間的夾角比較小時,在儀器中顯示出來的數(shù)據(jù)就會失真,如果建筑物表面比較粗糙時,三維激光掃描儀發(fā)出的掃描光束將會發(fā)生漫反射,導(dǎo)致反映在三維激光掃描儀上數(shù)據(jù)與事實(shí)不符。

1.2.3自然環(huán)境產(chǎn)生的誤差

我們的環(huán)境不僅影響我們的健康,還影響著我們對居住的建筑物進(jìn)行測量。影響測量數(shù)據(jù)的自然因素主要有溫度、壓強(qiáng)及空氣的質(zhì)量。眾所周知,物體都有熱脹冷縮的特性,所以在使用三維激光掃描儀的過程中,如果溫度過高或過低都將會造成三維激光掃描儀測量數(shù)據(jù)的失真,另外儀器在使用的過程中,周圍的壓強(qiáng)發(fā)生改變,進(jìn)而產(chǎn)生風(fēng),那么風(fēng)力將會對反射光束造成影響,從而影響測量數(shù)據(jù)。如果空氣質(zhì)量很差,那么將會腐蝕三維激光掃描儀器,因而不能測量出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用情況

2.1三維激光掃描技術(shù)在工程變形方面的應(yīng)用現(xiàn)狀

與國外相比,我國的三維激光掃描技術(shù)相對來說比較落后,不能夠?qū)⑷S激光掃描系統(tǒng)靈活的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、工業(yè)模具制造、應(yīng)用等領(lǐng)域中,也沒有比較成熟的三維激光掃描的數(shù)據(jù)處理理論和方法,因而我國的工程質(zhì)量無法與國外的工程質(zhì)量進(jìn)行較量,進(jìn)行工程建設(shè)的企業(yè)無法在世界上名列前茅,所以就引起了我國的眾多企業(yè)重視起三維激光掃描技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。有的企業(yè)已經(jīng)擁有自己獨(dú)特的三維激光掃描系統(tǒng),而且三維激光掃描系統(tǒng)能夠在一些領(lǐng)域取得不錯的效果,例如三維激光掃描系統(tǒng)可以對古文物進(jìn)行修復(fù),為城鄉(xiāng)的規(guī)劃提供三維數(shù)據(jù),為交通路線的修復(fù)及建設(shè)提供數(shù)據(jù)。

由于我國科學(xué)技術(shù)的落后,三維激光掃描技術(shù)在變形中的應(yīng)用仍然存在著很多的問題,一些專家都致力于在變形中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)的研究,力求促進(jìn)我國科技的發(fā)展。

2.2三維激光掃描技術(shù)在基坑工程的應(yīng)用現(xiàn)狀

在基坑工程中使用三維激光掃描技術(shù),要根據(jù)基坑的形狀來設(shè)定三維激光掃描的密度,從而對基坑有一個相對全面的認(rèn)識,并且能夠有效地減少工作的時間。在對基坑變形進(jìn)行檢測時,首先要在基坑設(shè)置幾個觀測點(diǎn),并對其進(jìn)行監(jiān)控,然后再使用三維激光掃描技術(shù)來對基坑進(jìn)行一次較為全面的掃描,經(jīng)過一段時間之后再次使用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描,通過分析兩次獲得的掃描數(shù)據(jù),即可了解基坑變形的程度。通過將兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行對比的方法,我們可以簡單、直觀地發(fā)現(xiàn)基坑變形的程度,為修復(fù)基坑變形問題提供數(shù)據(jù)。

3如何讓三維激光掃描技術(shù)發(fā)揮作用

3.1改進(jìn)三維激光掃描的設(shè)計

為了讓三維激光掃描儀的誤差更小,我們必須改進(jìn)三維激光掃描儀的設(shè)計,從而降低系統(tǒng)誤差。使用物理性質(zhì)更加穩(wěn)定的材料去設(shè)計儀器,讓儀器不受溫度等自然因素的影響。增加人性化的設(shè)計,降低偶然性誤差。

3.2努力創(chuàng)新

國家有關(guān)方面要加大三維激光掃描技術(shù)的研究,從而為使用三維激光掃描儀提供更加可信的理論基礎(chǔ),開拓創(chuàng)新,讓三維激光掃描儀應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。

4結(jié)語

經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,工程的建設(shè)施工成為我們生活的一部分,但是在工程的建設(shè)施工的過程中存在著基坑變形的問題,這一問題危害了施工人員的生命健康安全,為了保證施工人員在施工過程中的生命安全,我們必須對基坑工程進(jìn)行監(jiān)測,這時我們要使用三維激光掃描技術(shù)來對基坑工程進(jìn)行掃描,由此來判斷基坑是否發(fā)生變形,或者研究基坑變形的程度,從而尋找辦法來解決基坑變形這一問題,來為施工人員提供安全的施工環(huán)境,促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]白成軍,吳蔥,張龍.建筑工程預(yù)算與造價管理探討[J].中國房地產(chǎn)業(yè),2011.12(10):111-112.

三維掃描范文第5篇

摘要:本文介紹了三維激光掃描的原理及特點(diǎn)、誤差成因以及數(shù)據(jù)處理的方法,通過實(shí)例,討論了其在滑坡變形監(jiān)測領(lǐng)域的可行性、優(yōu)勢和存在的問題,并將地面三維激光掃描技術(shù)與常規(guī)變形監(jiān)測方法進(jìn)行對比,得到定量的分析結(jié)果。

關(guān)鍵詞:滑坡變形監(jiān)測 三維激光掃描儀監(jiān)測方法

引言

近年來,滑坡地質(zhì)災(zāi)害的瀕臨發(fā)生給人們的生命和財產(chǎn)都帶來巨大損失,所以對災(zāi)害體進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測有著非常重要的意義。三維激光掃描技術(shù)是最近十幾年迅速發(fā)展起來的一種新的測量技術(shù),它的應(yīng)用使對滑坡災(zāi)害的監(jiān)測更實(shí)時有效,對于及時預(yù)報災(zāi)情,保障人們生命和財產(chǎn)安全有重要的意義。

1、地面三維激光掃描技術(shù)原理與特點(diǎn)

1.1 工作原理

三維激光掃描儀其主要原理是通過測量其所在中心距目標(biāo)體的距離然后根據(jù)以下公式計算目標(biāo)體的三維坐標(biāo)。

X=Ssinθsinα;

Y=Ssinθcosα;

Z=Scosθ

激光掃描儀是根據(jù)光學(xué)三角測量的原理(見圖),以激光作為光源,通過內(nèi)部發(fā)射裝置,將激光束投射到被測物體表面,并采用光電敏感元件在另一位置接收激光的反射能量,通過測量每個激光脈沖從發(fā)出經(jīng)被測物表面再返回儀器所經(jīng)過的時間或相位差, 計算出其到物體掃描點(diǎn)之間的距離值S和反射強(qiáng)度i ,通過距離值就能夠獲取被測對象表面每個采樣點(diǎn)的空間立體坐標(biāo),從而得到被測對象的離散采樣點(diǎn)集合,即激光點(diǎn)云。

1.2 三維激光掃描儀的特點(diǎn)

(1)實(shí)用有效的測距范圍大,與無反射棱鏡測量儀器相比,幾乎可以滿足所有測量領(lǐng)域。

(2)全方位視角的掃描特點(diǎn),進(jìn)行掃描時不受視場角的限制,幾乎沒有盲區(qū)。

(3)測量點(diǎn)位精度高,對遠(yuǎn)鏢靶的掃描有較高的精度,保證了拼接精度。

(4)掃描速度快,能夠?qū)崿F(xiàn)快速高效的測量。

1.3數(shù)據(jù)采集及誤差分析

外業(yè)數(shù)據(jù)采集包括架站、定向、拍照、粗掃、精掃五個步驟。設(shè)站成功后,連接掃描儀和電源,打開電源開關(guān)讓儀器自檢;設(shè)置筆記本與掃描儀之間的通訊,啟動配套的Cyclone軟件并建立數(shù)據(jù)庫與工程文件,連接掃描儀并通過設(shè)置角度范圍對掃描區(qū)域進(jìn)行拍照。

影響地面三維激光掃描儀采樣數(shù)據(jù)精度的因素較多,主要包括步進(jìn)器的測角精度、儀器的測時精度、激光信號的信噪比、激光信號的反射率、回波信號的強(qiáng)度、背景輻射噪聲的強(qiáng)度、激光脈沖接受器的靈敏度、儀器與被測點(diǎn)間的距離、儀器與被測目標(biāo)面所形成的角度等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用三維激光掃描儀點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集完成后,應(yīng)用配套的Cyclone軟件,即可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多視點(diǎn)云的拼接、噪聲處理、點(diǎn)云濾波、數(shù)據(jù)的輸出等處理。在處理過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用對數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的預(yù)處理。

2、實(shí)例分析

本文使用徠卡公司的ScanStation2地面型三維激光掃描儀對西安市清涼寺滑坡體進(jìn)行測量,對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行多視點(diǎn)云拼接,并對其進(jìn)行去噪、濾波處理前后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行對比如圖2-1所示.

圖2-1點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理前后對比圖

通過對滑坡前后對滑坡體進(jìn)行測量,對點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后得到滑坡前后滑坡區(qū)的等高線圖,由圖可以明確分辨出滑坡所在位置(圖2-2),并且通過這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以更準(zhǔn)確建立滑坡體的地面高程模型,從而更準(zhǔn)確計算土方量。

圖2-2滑坡前后等高線圖

在滑坡前后用三維激光掃描儀和全站儀分別對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測,通過計算,可以得到基于兩種觀測方式的監(jiān)測點(diǎn)的變形量,并針對三維激光掃描儀監(jiān)測精度進(jìn)行評定。

表1 監(jiān)測點(diǎn)變形量及位移插值

表2 點(diǎn)位中誤差及高程中誤差

通過與表2中各等級滑坡監(jiān)測點(diǎn)的施測精度要求對比得出,其監(jiān)測的點(diǎn)位中誤差及高程中誤差均滿足三等監(jiān)測的精度要求,足以表明其在滑坡變形監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用是可行的。

3、結(jié)論

由本文可知三維激光掃描儀精度完全滿足三等監(jiān)測精度要求,與傳統(tǒng)全站儀、GPS一體機(jī)相比,其數(shù)據(jù)采集量更大、速度更快、精度更高;用點(diǎn)云數(shù)據(jù)計算出的土方量也更加準(zhǔn)確。其克服了傳統(tǒng)變形監(jiān)測基于點(diǎn)的監(jiān)測的片面性,可得到監(jiān)測區(qū)域完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù),從而得到滑坡體的基于面的變形信息。但是也存在著許多的不足,如質(zhì)量較重、體積較大,在滑坡地形中的操作和搬運(yùn)都不太方便,有待進(jìn)一步的完善。隨著激光技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展,相信三維激光掃描技術(shù)在滑坡變形監(jiān)測中的應(yīng)用會越來越廣泛。

參考文獻(xiàn):

[1]劉景程. 三維激光掃描儀技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用[D].西安:長安大學(xué).2012

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