基于地面三维激光扫描系统的古建筑三维重建研究

摘要

随着信息技术和测绘科学的迅猛发展，传统的空间数据获取模式已经不能满足如今的信息化需求。三维激光扫描技术的出现，推动了现代化测绘技术的发展，其高精度、快速的非接触式扫描测绘方法改变了传统空间数据采集模式。加之日益成熟三维重建技术，对三维激光扫描技术获取的点云数据进行模型的三维重建迅速成为逆向工程、变形监测、数字城市、古建筑文物保护、三维游戏制作等领域的研究热点，具有广泛的应用前景。　　本研究以利用地面三维激光扫描系统构建古建筑三维模型为研究对象，通过实例对古建筑进行点云数据采集、点云数据处理，以及 NURBS三维模型曲面重建技术进行综合性研究与探讨。文章首先介绍了国内外三维激光扫描技术在古建筑三维重建中应用的研究现状。其次系统的阐述了逆向工程技术和地面三维激光扫描测量技术的工作原理以及点云数据特点和数据的获取。在点云数据预处理方面，重点分析介绍了点云拼接、去噪、分割和压缩的方法，还详细分析了点云数据的 NURBS曲面构建方法。通过某洞窟类古建筑为实例，结合Geomagic Studio软件平台，介绍和完成了基于NURBS曲面的洞窟三维模型构造过程。最后根据古建筑保护的相关要求，完成了集成三维激光扫描技术和GIS技术的古建筑数字化保护及修复的系统设计。

目录

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究状况

1.3本文主要研究内容与章节安排

2.1逆向工程

2.1.1逆向工程的定义

2.1.2逆向工程应用及其关键技术

2.2.2三维激光扫描仪测量原理

2.2.3三维激光扫描仪的分类

2.3.1系统的组成

2.3.2扫描测量工作流程

2.3.3地面三维激光扫描系统的特点及应用

2.4本章小结

3点云获取及数据预处理方法研究

3.1点云数据获取

3.1.1外业实施过程

3.1.2点云数据特点

3.1.3三维激光扫描点云误差来源分析

3.2点云数据预处理

3.2.1点云拼接

3.2.2点云数据的去噪

3.2.3点云数据的分割

3.2.4点云数据的压缩

3.3曲面拟合方法的研究

3.3.1 Bezier曲面

3.3.2 NURBS曲线曲面

3.4本章小结

4古建筑物的三维重建及数字化保护系统设计

4.1曲面的拟合过程

4.2.1点云数据处理软件

4.2.2基于NURBS的模型重构

4.3古建筑物数字化保护系统设计

4.3.1古建筑空间和属性数据库的建立

4.3.2基于GIS的数字化保护系统的设计

4.3.3专家系统的设计

4.4本章小结

5 总结

致谢

参考文献