基于激光雷達數據構建NURBS曲面.pdf

1、三維激光掃描測量技術的出現和發(fā)展為空間三維信息的獲取提供了全新的技術手段。三維激光掃描測量技術采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數據，在文物保護領域具有非常廣闊的應用前景和研究價值。利用三維激光掃描技術快速實現文化遺產的數字化，實現文物展示和保護的現代化，具有重要的社會和經濟意義。古建筑作為文化遺產保護的主要對象，具有豐富的文化內涵和精妙的建筑風格。建筑文化遺產的三維數字化應用是目前的研究熱點和學術實現前沿問題。但由于古建筑結構復

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

3、虛擬場景的構建做有力的技術支撐。本文在全面總結和分析基于三維激光掃描數據進行三維重建的理論、方法和應用現狀的基礎上，掌握該研究領域的總體進展，分析現有方法用于解決本文課題的不足，提出基于大規(guī)模散亂點云構建NURBS曲面的方法，并結合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，實現激光雷達掃描三維點云數據的顯示和旋轉、縮放、平移功能。運用計算機圖形學中視圖變換原理實現三維點云數據顯示在坐標系中心。其中研究了屏幕坐標到圖像坐標和屏幕坐標到OpenGL世界坐標的轉換問題。 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、圍盒法進行數據精簡。壓縮后的數據保證特征未被簡化的同時數據量明顯減少。 3.在壓縮后的點云上提取特征點數據，運用重節(jié)點技術構建數據點的節(jié)點矢量，應用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NURBS曲面，所以需要對曲面進

6、行適當修正?？梢酝ㄟ^調整控制點位置或者改變控制點的加權因子對生成的NURBS曲面進行局部修正。本文通過改變加權因子的方式對生成的曲面進行修正。 5.重節(jié)點技術使反算出的曲面插值于邊界上的某條等參數線，即曲面的左邊界插值于u=0這條等參數線：右邊界插值于u=1這條等參數線。如果s1的等參數線l1(u=1)與s2的等參數線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