基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)建NURBS曲面.pdf

1、三維激光掃描測量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為空間三維信息的獲取提供了全新的技術(shù)手段。三維激光掃描測量技術(shù)采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，在文物保護領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景和研究價值。利用三維激光掃描技術(shù)快速實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化，實現(xiàn)文物展示和保護的現(xiàn)代化，具有重要的社會和經(jīng)濟意義。古建筑作為文化遺產(chǎn)保護的主要對象，具有豐富的文化內(nèi)涵和精妙的建筑風(fēng)格。建筑文化遺產(chǎn)的三維數(shù)字化應(yīng)用是目前的研究熱點和學(xué)術(shù)實現(xiàn)前沿問題。但由于古建筑結(jié)構(gòu)復(fù)

2、雜性、場景規(guī)模宏大等特性，基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的古建筑三維重建技術(shù)是極富挑戰(zhàn)性的難題。目前，很多廠商提供的三維重構(gòu)軟件難以滿足直接對激光雷達(dá)掃描的大規(guī)模、高密度數(shù)據(jù)直接建模的需求，或者建模精度不夠。所以能夠?qū)崿F(xiàn)對激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的快速高質(zhì)量的三維重建是很有意義的。 本文研究的主要內(nèi)容是利用三維激光掃描獲取構(gòu)件表面的點云數(shù)據(jù)，利用建筑自身的幾何特征并結(jié)合NURBS曲面造型技術(shù)進行三維重建，為以后單體建筑物三維模型的重建及整體建筑群三維

3、虛擬場景的構(gòu)建做有力的技術(shù)支撐。本文在全面總結(jié)和分析基于三維激光掃描數(shù)據(jù)進行三維重建的理論、方法和應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，掌握該研究領(lǐng)域的總體進展，分析現(xiàn)有方法用于解決本文課題的不足，提出基于大規(guī)模散亂點云構(gòu)建NURBS曲面的方法，并結(jié)合NURBS曲線曲面節(jié)點插入算法，論文的主要貢獻和創(chuàng)新點主要有以下幾個方面： 1.在VisualStudio2005環(huán)境下使用C＃高級編程語言，結(jié)合OpenGL三維圖形包為C＃語言提供的第三方圖形插件C

4、sGL，實現(xiàn)激光雷達(dá)掃描三維點云數(shù)據(jù)的顯示和旋轉(zhuǎn)、縮放、平移功能。運用計算機圖形學(xué)中視圖變換原理實現(xiàn)三維點云數(shù)據(jù)顯示在坐標(biāo)系中心。其中研究了屏幕坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)和屏幕坐標(biāo)到OpenGL世界坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換問題。 2.對分塊后的散亂點云采用混合壓縮的方法，針對分割后點云的幾何特征，對于曲率有明顯變化點云采用基于曲率的自適應(yīng)壓縮方法，這種方法可以在保持被測物體形狀特征的同時，對點云規(guī)模也進行了壓縮。對于相對平坦、無明顯幾何特征的區(qū)域則采用包

5、圍盒法進行數(shù)據(jù)精簡。壓縮后的數(shù)據(jù)保證特征未被簡化的同時數(shù)據(jù)量明顯減少。 3.在壓縮后的點云上提取特征點數(shù)據(jù)，運用重節(jié)點技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)點的節(jié)點矢量，應(yīng)用NURBS曲線反算原理插值生成截面曲線；在保證曲線形狀不變的前提下應(yīng)用NURBS曲線曲面節(jié)點插入算法，在每條插值曲線上插入控制點，形成NURBS曲面需要的控制點矩陣。再次應(yīng)用NURBS曲線反算原理生成NURBS表面。 4.由于利用有限采樣點重構(gòu)NURBS曲面，所以需要對曲面進

6、行適當(dāng)修正?？梢酝ㄟ^調(diào)整控制點位置或者改變控制點的加權(quán)因子對生成的NURBS曲面進行局部修正。本文通過改變加權(quán)因子的方式對生成的曲面進行修正。 5.重節(jié)點技術(shù)使反算出的曲面插值于邊界上的某條等參數(shù)線，即曲面的左邊界插值于u=0這條等參數(shù)線：右邊界插值于u=1這條等參數(shù)線。如果s1的等參數(shù)線l1(u=1)與s2的等參數(shù)線l2(u=0)重合，則曲面s1的右邊界與s2的左邊界重合，保證兩曲面片G0連續(xù)拼接，進一步，使l1上沿u方向的切