淺談面向元宇宙的技術(shù)之一-三維點(diǎn)云

相比傳統(tǒng)常規(guī)測(cè)量技術(shù)，基于三維點(diǎn)云（3DPointCloud）的測(cè)量技術(shù)具有速度快、穿透性強(qiáng)、非接觸、全數(shù)字、高精度、高密度等諸多優(yōu)點(diǎn)。那么，三維點(diǎn)云是什么，有何特點(diǎn)，在金融領(lǐng)域有何應(yīng)用價(jià)值？本文將對(duì)三維點(diǎn)云這一概念進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。一、三維點(diǎn)云是什么三維點(diǎn)云簡(jiǎn)單來說是三維點(diǎn)的數(shù)據(jù)集合，是指在相同參考坐標(biāo)系下表示目標(biāo)物體表面特征及空間分布的點(diǎn)的集合。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含空間坐標(biāo)、顏色等豐富的屬性信息。1.三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)一般可包含以下屬性信息：點(diǎn)云三維空間坐標(biāo)(X、Y、Z)；激光反射強(qiáng)度值(Intensity，表示點(diǎn)的密集程度）；色彩值（R、G、B）；透明程度（Alpha）；點(diǎn)云的法向量（nx、ny、nz，其中n代表Normal）由于設(shè)備采集原理的不同，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容也有所差異，例如：通過激光雷達(dá)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包含三維坐標(biāo)和激光反射強(qiáng)度信息；通過深度相機(jī)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，除了三維坐標(biāo)信息外，還有色彩信息；通過搭載激光雷達(dá)的相機(jī)得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，則包含三維坐標(biāo)、激光反射強(qiáng)度和色彩信息。2.三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集方式三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集需要借助專業(yè)設(shè)備（見表1）。根據(jù)不同采集原理，一般可分為主動(dòng)式、被動(dòng)式、主被動(dòng)結(jié)合三種方式。（1）主動(dòng)式設(shè)備（如激光雷達(dá)）向目標(biāo)物體發(fā)射激光、聲波、電磁波等，并通過接收返回的光波，計(jì)算發(fā)射源與接收光的傳播時(shí)間或波相位差，獲得空間信息。（2）被動(dòng)式設(shè)備（如雙目相機(jī)）利用物體自身輻射或環(huán)境已有的光源，通過多個(gè)攝影相機(jī)獲取同一物體成像，并使用視差特定算法計(jì)算物體的立體空間信息。（3）主被動(dòng)結(jié)合設(shè)備（如深度相機(jī)）結(jié)合主動(dòng)傳感器和被動(dòng)傳感器的優(yōu)點(diǎn)，利用主動(dòng)深度傳感器獲得深度信息，利用攝影相機(jī)獲取圖像，從而獲得色彩和深度相融合的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。表1三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集隨著相關(guān)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，不同形態(tài)點(diǎn)云采集設(shè)備的性能有了顯著進(jìn)步，可支持機(jī)載、車載、地面等多種搭載平臺(tái)。此外，背包式、手持式等便攜設(shè)備因其速度快、易操作、可移動(dòng)等特性，為點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集提供了便捷手段。3.三維點(diǎn)云的技術(shù)特點(diǎn)相較于二維圖像，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)會(huì)多一維（深度）信息，物體與背景天然解耦。基于點(diǎn)云提供的更多維的豐富數(shù)據(jù)，融合智能化技術(shù)進(jìn)行挖掘理解，可幫助技術(shù)人員更加敏銳地捕捉人、物、場(chǎng)景真實(shí)細(xì)微的變化，提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)內(nèi)在知識(shí)邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景的感知和理解。與傳統(tǒng)三維模型相比，三維點(diǎn)云不受人工建模曲面方程和曲面連續(xù)性的約束，能夠高精度、便利地還原任意復(fù)雜立體幾何體，重現(xiàn)更精細(xì)的細(xì)節(jié)和更銳利的邊緣。比如，基于點(diǎn)云的三維重建可以直接通過物體或者空間場(chǎng)景表面的離散點(diǎn)快速構(gòu)建出高度真實(shí)的三維模型，大大降低三維內(nèi)容的創(chuàng)作門檻，提升建模精細(xì)度和速度。三維信息的表征形式如圖1所示。圖1三維信息的表征形式二、三維點(diǎn)云的應(yīng)用三維點(diǎn)云技術(shù)具有常規(guī)測(cè)量技術(shù)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。從太空到地球表面，從全球范圍測(cè)繪到城市規(guī)劃，從科研科考到大眾服務(wù)，從物體建模到建筑結(jié)構(gòu)重建，三維點(diǎn)云技術(shù)已在許多重大工程和重要領(lǐng)域中大放異彩。三維點(diǎn)云技術(shù)的應(yīng)用案例見表2。表2三維點(diǎn)云技術(shù)的應(yīng)用案例在金融領(lǐng)域，三維點(diǎn)云技術(shù)通過與金融服務(wù)場(chǎng)景深度融合，可實(shí)現(xiàn)實(shí)物的三維展示、質(zhì)押物異動(dòng)檢測(cè)、線上實(shí)景營(yíng)業(yè)廳交互，為金融服務(wù)模式創(chuàng)新提供有力支撐。（1）實(shí)物三維展示營(yíng)銷金融機(jī)構(gòu)可利用三維點(diǎn)云技術(shù)對(duì)銀行卡、貴金屬等物品進(jìn)行三維精細(xì)化建模，通過在線3D展示的方式1:1真實(shí)還原實(shí)物，并結(jié)合用戶人群分布、偏好等行為數(shù)據(jù)，為客戶量身定做對(duì)應(yīng)的卡片或貴金屬樣式，提高金融服務(wù)營(yíng)銷能力，如圖2所示。圖2實(shí)物三維展示營(yíng)銷（2）動(dòng)產(chǎn)質(zhì)押融資風(fēng)控金融機(jī)構(gòu)可定時(shí)利用激光雷達(dá)對(duì)煤炭、鋼材等大宗商品質(zhì)押物進(jìn)行定期掃描形成三維點(diǎn)云造影，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品不同時(shí)間點(diǎn)輪廓、空間矢量結(jié)構(gòu)變化等信息的感知識(shí)別和全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)控，形成動(dòng)產(chǎn)質(zhì)押風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，有效降低融資業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。動(dòng)產(chǎn)質(zhì)押融資風(fēng)控如圖3所示。圖3動(dòng)產(chǎn)質(zhì)押融資風(fēng)控（3）線上實(shí)景營(yíng)業(yè)廳基于三維點(diǎn)云、虛實(shí)交互技術(shù)，銀行等金融機(jī)構(gòu)可對(duì)營(yíng)業(yè)廳的室內(nèi)空間進(jìn)行高精度三維數(shù)據(jù)采集，快速復(fù)刻成線上實(shí)景營(yíng)業(yè)廳（如圖4所示），打造一個(gè)平行于現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字虛擬世界，使客戶可以虛擬形象進(jìn)入營(yíng)業(yè)廳，進(jìn)行3D游覽、金融業(yè)務(wù)咨詢辦理，身臨其境地體驗(yàn)各種豐富多樣的交互方式。圖4線上實(shí)景營(yíng)業(yè)廳三、未來暢想未來，隨著空間傳感器等軟硬件技術(shù)的高速發(fā)展，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度和便利性將不斷提高，對(duì)物理世界進(jìn)行三維數(shù)字化復(fù)刻的效率也將會(huì)更高，這無疑將催生出更