三維激光掃描數(shù)據(jù)處理操作說明

1、三維激光掃描數(shù)據(jù)處理操作說明鐘成2015 年 12 月1. 配置要求掃描要求：密度高，掃描全面，站間重疊度高。系統(tǒng)配置：XP 系統(tǒng)， 32 位，有 D 盤盤符。軟件安裝：ILIRS-3D 軟件包（綠色）polyworks_10_0_3_32bit.exe,chanzhuang.exe和配套庫，Geomagic Studio10,TexCapture1.1。Matlab 10.02. 數(shù)據(jù)預(yù)處理2.1. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換2.1.1. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入打開 ILIRS-3D 軟件包中Parser 5.0.1.4中Parser.exe，界面如圖2.1.1：圖 2.1.1點(diǎn)擊 Add 找到筆記本中存儲(chǔ)掃描數(shù)據(jù)的文件夾

2、：2.1.22.1.3工具欄中放大縮小按鈕可用于觀察掃描范圍。2.1.2. 基本設(shè)置然后點(diǎn)擊setting對(duì)解壓過程進(jìn)行設(shè)置，出現(xiàn)如2.1.4界面。2.1.4其中， Outputfile 界面，主要設(shè)置輸出路徑和格式。默認(rèn)路徑在保存點(diǎn)云文件夾下，不用改。默認(rèn)選擇PIF格式， 24-bit texture，也就是有顏色信息的點(diǎn)云，如果是 8-bit scaled 則是點(diǎn)云強(qiáng)度信息。PIF 格式是 polyworks 支持的格式。如果選擇 XYZ 格式，則以ASCII 碼形式輸出，也可以定義是否需要輸出顏色信息。該格式可直接被Geomagic打開。圖 2.1.52.1.3. 顏色設(shè)置然后，在最左邊

3、列表里選擇Color Channel，出現(xiàn)如下界面：圖 2.1.6選中，默認(rèn)的在會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的照片信息，如果沒有，則檢查存儲(chǔ)掃描數(shù)據(jù)的文件夾里是否有照片文件。在里，默認(rèn)是沒有文件內(nèi)容的，點(diǎn)擊，到“ ILIRS-3D ”軟件包，找到文件“10384 CameraCalParam.tx”即可。t2.1.4. 平移參數(shù)設(shè)置然后在最左邊列表里選擇Pan tilt Transform，出現(xiàn)如下界面：2.1.7按順序選中可。最后點(diǎn)擊點(diǎn)擊，到“ ILIRS-3D”軟件包，找到文件“120111PanTiltCalParam.tx”即t2.1.5. 執(zhí)行解壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)擊等待執(zhí)行完成。若還要繼續(xù)解壓新的數(shù)據(jù)包，則先點(diǎn)

4、擊，再點(diǎn)擊也可在 Add 時(shí)，添加多個(gè)數(shù)據(jù)包，那么在Setting時(shí)需要分別對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行設(shè)置，然后點(diǎn)擊執(zhí)行，完成后，點(diǎn)擊刪除全部。2.1.6. 數(shù)據(jù)瀏覽打開 PolyWorks 10.0，得到如下界面：2.1.8點(diǎn)擊第四個(gè)按鈕，等待打開IMInspect,，2.1.9點(diǎn)擊 File-Import data Neutral/InnovMetric(PIF) ，如圖：2.1.112.1.10找到之前解壓縮到位置，打開后綴為.PIF的文件，并進(jìn)行如下顯示設(shè)置：point，如果數(shù)據(jù)量過大，則顯示密度可選為 1/4， 1/16 等。工具欄最右邊的PSiz設(shè)置為 1.3D Scene，顯示效果如圖2.

5、1.12。在該窗口中，按住滾輪移動(dòng)鼠標(biāo)，實(shí)現(xiàn)平移，左鍵實(shí)現(xiàn)三維旋轉(zhuǎn)，按住右鍵實(shí)現(xiàn)放大縮小。如果數(shù)據(jù)看不見，選中數(shù)據(jù)，右鍵菜單選擇View- Centre on Screen2.2. 數(shù)據(jù)配準(zhǔn)如果僅需要單站掃描數(shù)據(jù)，本步驟可以忽略，如果掃描目標(biāo)很大，需要將多站數(shù)據(jù)融合才能完整描述，則需要執(zhí)行本操作。2.2.1. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入在 polyworks 主界面，點(diǎn)擊左邊第一個(gè)按鈕，打開IMAlign2.2.1得到 IMAlign 主界面如圖2.2.2，保持選中3D Scene。2.2.2選擇 Config-Digitizer得到掃描儀設(shè)置界面，我們的設(shè)定如圖2.2.3：2.2.3然后，設(shè)置顯示設(shè)置如2.1

6、.6節(jié)。從 File-Import images Import Optech (PIF) 打開需要配準(zhǔn)的多個(gè)文件包。一個(gè)文件包里含有的多個(gè)文件屬于同一個(gè)掃描站，不需要配準(zhǔn)，如果這些文件不能對(duì)齊，表明是解壓縮時(shí)沒有設(shè)定平移參數(shù)，請(qǐng)參閱2.1.4節(jié) .。2.2.4首先會(huì)出現(xiàn)如下界面：無論選擇Yes或No， 都可對(duì)細(xì)分角度和密度進(jìn)行設(shè)置，請(qǐng)選擇Yes， 并按圖 2.2.5設(shè)定參數(shù)。2.2.5彈出界面如圖2.2.6點(diǎn)擊，關(guān)掉向?qū)?。在界面（圖2.2.7）上保持默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊OK，將數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入。然后再重復(fù)上述過程，導(dǎo)入另一站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。2.2.82.2.7IMIspect界面中。2.2.8：2.2.2 數(shù)

7、據(jù)配準(zhǔn)首先在左邊treeview里將數(shù)據(jù)分組，將每一站點(diǎn)數(shù)據(jù)編為一組。按住 Crtl 鍵鼠標(biāo)連續(xù)點(diǎn)中第一組數(shù)據(jù)，在右鍵菜單選擇edit->Goup，完成編組。2.2.92.2.102.2.10Close Wizard， 在視圖里保Align-> Split view ， 在彈出的向?qū)Э蚶镞x擇3D Scene，顯示結(jié)果如圖2.2.11。圖 2.2.11.2.2.11 分別將兩組數(shù)據(jù)顯示在不同視圖，便于分別選擇特征點(diǎn)。此時(shí)可以分別使得便于觀察和后續(xù)選擇特征點(diǎn)。其操作如2.1.6Align-> N Point Pairs，在彈出的向?qū)Э蚶镞x擇Close Wizard，在視圖里3D

8、Scene狀態(tài)，此時(shí)鼠標(biāo)圖標(biāo)變成一支筆，可以分別在兩幅視圖中依次點(diǎn)需要瀏覽視圖時(shí)，敲擊空格鍵實(shí)現(xiàn)瀏覽與點(diǎn)選功能的切換。如果要退ESC鍵。2.2.12.位置基本準(zhǔn)確即可，最少選由于數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，不需要非常精確的選中同名特征，中三對(duì)點(diǎn)，要較全面的覆蓋數(shù)據(jù)范圍。最后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，保持3D Scene狀態(tài)，可見數(shù)據(jù)基本配合到一起，但是存在一定的誤差。2.2.13.選擇 Align-> Best-fit Alignment & Comparison ，啟動(dòng)自動(dòng)優(yōu)化界面，如圖2.2.14。圖 2.2.14Start，自動(dòng)進(jìn)入誤差統(tǒng)計(jì)界面，并開始優(yōu)化。2.2.15完成后，選擇Close，觀察結(jié)果

9、。如果配準(zhǔn)結(jié)果較好，即兩組數(shù)據(jù)之間不再有明顯的裂縫或錯(cuò)位，則保存數(shù)據(jù)，否則重新啟動(dòng)配準(zhǔn)，從Spit view 開始。2.2.3 結(jié)果保存選擇 File->Save Project as，得到如下界面：圖 2.2.16可以隨意命名，不要重復(fù)，Destination Workspace 最好與之前的過程數(shù)據(jù)放在同一文件夾，便于后續(xù)查找。如下圖：在關(guān)閉 IMalign 時(shí)候，會(huì)彈出如下對(duì)話框，詢問是否減少重疊區(qū)域數(shù)據(jù)量。2.2.17Yes，然后對(duì)彈出的對(duì)話框執(zhí)行Start即可。2.2.183. 工程地質(zhì)應(yīng)用3.1. 特征量測這個(gè)部分主要在IMIspect 中完成，在主菜單打開IMIspect。

10、3.1.1. 數(shù)據(jù)導(dǎo)入如果是單站數(shù)據(jù)，按照2.1.6.節(jié) 所述導(dǎo)入數(shù)據(jù)，如果是要加入配準(zhǔn)后的多站數(shù)據(jù)，選擇File->Open object，彈出如下對(duì)話框3.1.1如果沒有我們命名的Workspace和 IMAlign Projects ，點(diǎn)擊 Add Workspace，去尋找我們命名保存的Workspace。然后點(diǎn)擊Open 打開，導(dǎo)入當(dāng)前工作空間。3.1.2. 坐標(biāo)變換搜索定位預(yù)先測量了坐標(biāo)的位置，點(diǎn)擊空格鍵，出現(xiàn)十字符號(hào)，進(jìn)入選擇模式按住 Ctrl+Shift，敲擊鼠標(biāo)滾輪，圈選范圍，右鍵結(jié)束，可以獲得一個(gè)點(diǎn)云選擇集，然后選擇創(chuàng)建點(diǎn)特征，如下3.1.2（ a） ，出現(xiàn)3.1.2

11、（ b） ，并按圖中設(shè)置參數(shù)。a）b）3.1.2點(diǎn)擊創(chuàng)建，即可獲得一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)。在對(duì)所有量測目標(biāo)都創(chuàng)建點(diǎn)之后，這些坐標(biāo)的量測值。坐標(biāo)文件定義如下：從外界導(dǎo)入導(dǎo)入坐標(biāo)值的操作步驟如下圖：3.1.3在彈出對(duì)話框中，注意選擇文件格式與自定義格式一致，此處為Names+points，如圖 3.1.4.3.1.4.文件導(dǎo)入之后，在tree view的Feature中會(huì)出現(xiàn)文件中的點(diǎn)，其名稱與坐標(biāo)文件中定義的一致。選擇 Align->Align N Paris of Center points，在彈出的對(duì)話框里選擇對(duì)應(yīng)的導(dǎo)入坐標(biāo)點(diǎn)和之前從點(diǎn)云中創(chuàng)建的點(diǎn)，建立相應(yīng)的匹配關(guān)系，如圖3.1.6.圖 3.1.

12、6其中 source 選擇 Feature中由點(diǎn)云創(chuàng)建的特征點(diǎn)，Destination 選擇由外部文件導(dǎo)入的特征，注意一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。完成配對(duì)關(guān)系之后，選擇Align 即完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作。3.1.3. 基本測量選擇 Measure->Basic Measure，彈出對(duì)話框如圖3.1.7。3.1.7選擇需要的測量工具，直接在點(diǎn)云上執(zhí)行測量?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)巖石面積，長度，裂隙 長度等待測量。3.2. 產(chǎn)狀計(jì)算3.2.1. 平面生成點(diǎn)擊空格鍵，出現(xiàn)十字符號(hào)，進(jìn)入選擇模式.按住 Ctrl+Shift，敲擊鼠標(biāo)滾輪，圈選范圍，右鍵結(jié)束，可以獲得一個(gè)點(diǎn)云選擇集，然后選擇創(chuàng)建面特征。如圖 3.2.1 所示進(jìn)行

13、選擇，得到創(chuàng)建平面對(duì)話框，依圖3.2.2進(jìn)行配置。3.2.1圖 3.2.2 切換到瀏覽模式，查看生成的面是否貼合興趣平面。圖 3.2.3Export-> To Text File File-> Import Primitives-> Planes from Text File.3.2.2. 產(chǎn)狀計(jì)算3.3. 模型和等高線制作3.3.1. 數(shù)據(jù)接口ASCII 碼導(dǎo)出， 選中數(shù)據(jù)塊，右鍵菜單Export->ASCII Point Cloud ，3.3.1.圖 3.3.1Template選擇Points Only 即可， 也可選 Points+RGB 等。 然.XYZ”后綴。

14、 如果是單站數(shù)據(jù)，也可以在2.1.2 節(jié)設(shè)置數(shù)據(jù)格.XYZ ”形式輸出。3.3.2啟動(dòng)Geomagic，文件-打開，然后找到保存到xyz 文件，打開，會(huì)彈出以下對(duì)話框3.3.3（ a） ：a）b）3.3.3根據(jù)數(shù)據(jù)量大小自己選擇，50%或 33%比較合理。然后彈出3.3.3（ b） ， 選米。 得到圖 3.3.4.3.3.4視圖中的瀏覽方式比較奇怪，在其狀態(tài)欄中有說明，如圖3.3.4.3.3.2. 三維建模然后選擇菜單“點(diǎn)（P） ” ->“封裝（ W） ”（ 3.3.5（ a） ） ，得到3.35（b） ，默認(rèn)曲面，點(diǎn)擊確定，開始執(zhí)行，等待，結(jié)果如圖3.3.6。b）3.3.53.3.6p

15、） ” ->“填充空（E） ”，主界面右下出現(xiàn)填充空對(duì)話框，如圖3.3.7.圖 3.3.7.按圖 3.3.1 中設(shè)置，直接按全部填充，等待執(zhí)行，一般會(huì)彈出以下對(duì)話框。圖 3.3.83.3.7這是說有一些超大但空洞，選擇取消，否則出現(xiàn)的結(jié)果很差。然后點(diǎn)擊圖中的確定，完成空洞填充。選擇文件-另存為，保存為DXF 格式。Geomagic中也可進(jìn)行量測和體積計(jì)算工作。等高線可用于高精度數(shù)值模擬。在 IMINspect 中，選擇File->Import Data->Polygonal Model3.3.9找到剛才導(dǎo)出的dxf 文件，打開結(jié)果如圖3.3.10。3.3.10此時(shí)也可以進(jìn)行量測，產(chǎn)狀計(jì)算等工作。為了后續(xù)色彩增強(qiáng)使用，可以將模型選中導(dǎo)出，在右鍵菜單里選擇Export->Polygonal Model.。在彈出對(duì)話框里，選擇格式為Innovmetric Files（ .pol）在 Tree View點(diǎn)中Cross-Section右鍵菜單里選擇,Create，如圖3.3.11.圖 3.3.11.在彈出的對(duì)話框里設(shè)置參數(shù)如圖3.3.12.圖 3.3.12其中， Start point Z和 End point Z 需要根據(jù)實(shí)