地麵激光點雲處理與精細重構理論與方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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黃明，馬朝帥，楊芳，張勇 著

圖書標籤:

• 地麵激光點雲
• 點雲處理
• 三維重構
• 精細建模
• 遙感
• 測繪
• GIS
• 空間數據
• 計算機視覺
• 算法

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030497475

版次：1

商品編碼：12122262

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-11-01

用紙：膠版紙

頁數：188

字數：237000

正文語種：中文

內容簡介

　　《地麵激光點雲處理與精細重構理論與方法》針對地麵三維激光在高精度空間數據處理及大規模三維激光散亂點雲的高精度建模的理論與關鍵技術，係統闡述瞭三維激光點雲的獲取與處理方法，提齣瞭基於點雲特徵嚮量的配準、多站點雲數據融閤的核心算法；提齣瞭一種顧及三維拓撲關係一緻性的高精度三維建模的CSG-BREP數據模型及建模方法；研究瞭大數據空間三維實體GPU可編程計算及流數據的高速渲染的關鍵技術，最後給齣瞭研究成果在古建築與現代建築及特殊復雜幾何形狀精細重建的工程應用。
　　《地麵激光點雲處理與精細重構理論與方法》可作為測繪、三維地理信息係統、計算機圖形學領域的研究開發人員的參考書，還可供建築遺産數字化保護的工程技術人員及相關專業的教師、研究生閱讀。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 緒論
1．1 研究意義
1．2 研究現狀
1．2．1 點雲配準
1．2．2 點雲構建三維拓撲模型
1．2．3 可視化
1．3 存在的問題
1．4 主要研究內容

第2章 點雲數據預處理
2．1 點雲數據異常值過濾
2．1．1 人工交互去噪方法
2．1．2 點雲局部自動去噪
2．2 點雲數據精簡過濾
2．2．1 可移動網格劃分算法流程
2．2．2 可移動網格劃分算法具體實現過程
2．3 本章小結

第3章 點雲配準
3．1 點雲自動初始配準
3．1．1 點特徵描述子
3．1．2 點雲自動初始配準的具體實現
3．2 點雲自動精細配準
3．2．1 點雲重疊區域計算
3．2．2 ICP配準算法
3．3 點雲配準並行加速算法
3．3．1 並行加速方案的選擇
3．3．2 點雲初始配準並行加速的實現
3．3．3 點雲精細配準並行加速的實現
3．4 配準算法實驗
3．4．1 實驗環境配置
3．4．2 實驗數據
3．4．3 點雲配準效果
3．5 本章小結

第4章 點雲三維幾何精細建模
4．1 CSG-BREP拓撲模型定義
4．1．1 現有拓撲模型的分析
4．1．2 CSG-BREP拓撲模型內拓撲定義
4．1．3 CSG-BREP拓撲模型外拓撲定義
4．2 CSG-BREP拓撲模型構建
4．2．1 模型構建算法
4．2．2 拓撲重構算法
4．3 CSG-BREP拓撲模型查詢分析
4．3．1 拓撲元素的查詢算法
4．3．2 查詢子級拓撲元素算法
4．3．3 查詢父級拓撲元素算法
4．4 本章小結

第5章 高精度模型紋理重建
5．1 紋理重建分析
5．2 高精紋理重建模型解算
5．2．1 誤差方程及初始值的確定
5．2．2 角度及攝站到物方距離的精確值
5．2．3 外方位元素解算
5．3 高精度紋理重建精度分析
5．3．1 實驗數據
5．3．2 算法實驗對比
5．3．3 實驗分析
5．4 本章小結

第6章 三維交互可視化
6．1 可視化渲染管綫
6．2 GPu基本幾何體的渲染
6．2．1 光照
6．2．2 梯形體的涫染
6．2．3 球和圓柱的渲染
6．3 點雲模型的渲染
6．3．1 點雲模型渲染的流程
6．3．2 點雲模型GPU渲染
6．4 精細三維空間數據的交互拾取
6．4．1 點雲拾取
6．4．2 三角網的拾取
6．4．3 幾何實體的拾取
6．5 本章小結

第7章 係統實現
7．1 係統架構
7．2 係統總體設計
7．2．1 點雲處理及重建流程
7．2．2 功能模塊設計
7．2．3 數據管理設計
7．3 係統界麵及功能
7．3．1 總體界麵
7．3．2 核心功能
7．4 本章小結

第8章 工程應用
8．1 古建築數字化保護中的應用
8．1．1 外業測繪
8．1．2 模型數據成果
8．1．3 三維場景
8．1．4 修繕變化檢測
8．1．5 古建築剖麵圖
8．2 現代建築點雲建模應用
8．2．1 數據源
8．2．2 建模過程
8．3 後母戊鼎精細建模
8．3．1 建模工藝流程
8．3．2 模型應用
8．4 本章小結

參考文獻

前言/序言

　　20世紀中後期，三維激光掃描技術伴隨著光學、電子學的不斷發展，使激光雷達測量技術在全球範圍內得到飛速發展。它作為一種快速實景復製技術，是測繪領域繼GPS技術之後的又一次技術革新，較傳統單點測量技術手段與方法，具有高效率、高精度及全景化測量等技術優勢。通過全景化的快速測量方法獲取高分辨率、精細的地理空間對象錶麵的三維點雲數據，為建立精細的三維實體模型提供瞭必備的數據基礎。
　　近年來，地麵三維激光掃描技術不斷突破，應用領域日益拓寬，在地形測繪、城市管理、災害監測、遺産保護等方麵發揮著越來越重要的作用，並形成瞭巨大的産業。三維激光點雲數據量也在呈指數級倍增，如何高效地處理基於大數據特徵的點雲數據處理、快速構建精細三維模型及三維逼真展示一直是目前國內外研究的焦點。本書重點旨在點雲數據預處理、三維精細建模與可視化方麵，開展理論與關鍵技術的研究，為提高三維激光掃描技術的應用提供理論指導與工程應用技術參考。
　　全書共分8章，內容包括：
　　第1章緒論，闡述瞭研究的意義，當前地麵三維激光點雲處理、數據配準、三維精細建模、可視化等方麵的研究現狀及存在的問題。
　　第2章點雲數據預處理，主要研究瞭點雲數據異常值過濾和點雲數據精簡過濾，提齣瞭一種高效的可移動網格劃分的點雲精簡過濾算法。
　　第3章點雲配準，引入點特徵描述子，采用點特徵快速直方圖作為點雲初始配準所采用的特徵描述子，從算法準確度和效率角度改進采樣一緻性初始配準算法；充分利用初始配準的重疊區，提齣一種基於點雲重疊區域的改進ICP算法：針對大數據，進而提齣基於OpenMP並行加速和OpenCL並行加速算法。
　　第4章點雲三維幾何精細建模，提齣瞭一種顧及拓撲一緻性的CSG-BREP三維數據模型。從拓撲元素、拓撲結構、拓撲位置、拓撲方嚮、拓撲狀態、拓撲子級6個方麵定義瞭CSG-BREP模型；給齣瞭從點雲擬閤基本體素的方法及CSG布爾算子的實現；通過模型，研究瞭針對模型的查詢和訪問算法。
　　第5章高精度模型紋理重建，提齣瞭一種角錐體法的攝影測量紋理重建算法，較好地解決瞭適用於大傾角影像的方位元素解算，獲得瞭高精度的紋理重建。
　　第6章三維交互可視化，針對大數據點雲、CSG-BREP及TIN模型可視化問題，介紹瞭基於DirectX 11的渲染管綫，論述瞭基於GPU可編程性的並行計算，快速渲染繪製與交互拾取的技術方法。

空間幾何與現實世界測繪的橋梁：一本人文與科技交融的探索之旅 序言 我們置身於一個由幾何形態構建的物質世界，而人類對這個世界的認知，很大程度上依賴於對空間幾何的理解和描繪。從古老的測繪工具到現代的數字技術，人類一直在不斷探索更精確、更深入地捕捉和呈現三維空間信息的方法。本書並非一本枯燥的技術手冊，而是一次跨越時空、融閤人文情懷與前沿科技的探索之旅，旨在揭示空間幾何的奧秘，並將其與我們賴以生存的現實世界緊密相連。 第一章：維度之思——從二維到多維的哲學迴響 在進入具體的測量與描繪技術之前，我們首先要迴溯到“維度”這一根本性的哲學概念。本章將帶領讀者穿梭於古今中外的思想長河，探討不同文明對於空間維度的理解。從古希臘哲學傢對“點”、“綫”、“麵”的抽象思考，到現代數學中高維空間的理論構建，我們追溯維度概念的演變，理解其如何從純粹的哲學思辨逐漸滲透到科學的各個領域。我們將審視古代地圖繪製中的投影與變形，思考其背後對三維真實世界如何在二維平麵上呈現的初步嘗試。同時，本章也將引入一些跨學科的視角，例如藝術中的透視法如何通過幾何原理模擬人的視覺感知，以及文學作品中對空間意象的描繪，以此來展現人類對空間認知的多元化和深度。我們並非要建立一套嚴謹的數學理論，而是要從更廣闊的視角理解“空間”這一概念對於人類思維的影響，為後續的技術探討奠定人文基礎。 第二章：光影的低語——傳統測量技術的精妙與局限 在數字時代來臨之前，人類依靠精巧的儀器和嚴謹的觀測來丈量大地，繪製地圖。本章將聚焦於那些曾經是測量領域“基石”的傳統技術。我們將深入瞭解經緯儀、全站儀等經典測量設備的構造與工作原理，體會工程師們在精度與可靠性方麵的卓越追求。我們會詳細探討三角測量、導綫測量等經典測量方法，理解它們在復雜地形中如何通過一係列精密的幾何計算來確定點位。在此過程中，我們會穿插介紹曆史上的重要測繪項目，例如古代帝國的疆域劃分，近代地理大發現中的航海圖繪製，以及那些為我們留下珍貴曆史地貌記錄的測繪隊伍。然而，我們也必須認識到傳統技術的局限性：繁重的人力投入、對環境的依賴性，以及在處理復雜、精細幾何細節時的天然瓶頸。通過對比，我們將清晰地看到，盡管這些傳統技術凝聚瞭人類的智慧，但它們在應對現代社會對三維信息日益增長的需求時，已顯露齣其不足。 第三章：編碼的宇宙——數字圖像與三維幾何的早期融閤 隨著計算機科學的興起，人類開始嘗試用數字化的方式來錶達和處理空間信息。本章將迴顧數字圖像處理技術的發展，以及早期將二維圖像轉化為三維幾何概念的探索。我們將瞭解數字圖像的基本原理，如像素、分辨率、顔色模型等，並探討早期的圖像識彆與特徵提取技術，例如邊緣檢測、角點檢測等，這些技術是如何為從圖像中提取幾何信息奠定基礎的。我們將重點介紹攝影測量學的早期發展，即如何利用不同視角的二維照片來重建三維場景。我們會討論相機標定、對極幾何、立體匹配等核心概念，並迴顧一些早期成功的應用案例，例如航空攝影測量在地形測繪、城市規劃中的應用。本章將強調，雖然這些早期技術在一定程度上實現瞭三維信息的獲取，但它們仍然存在著對特徵點依賴、紋理要求高、處理速度慢等挑戰，為我們進一步探索更高效、更精細的幾何捕捉方法留下瞭空間。 第四章：感知世界的利器——光學與聲學傳感器的發展演進 步入二十世紀末至今，科技的飛速發展為我們提供瞭前所未有的感知世界的工具。本章將聚焦於那些能夠直接獲取三維幾何信息的傳感器技術。我們將從光學傳感器的角度齣發，深入探討激光雷達（LiDAR）技術的基本原理，包括其脈衝發射、時間測量、迴波信號處理等環節。我們會詳細介紹不同類型的激光雷達，如車載激光雷達、機載激光雷達、無人機載激光雷達等，分析它們各自的優勢與應用場景。同時，我們將涉獵結構光、深度相機等光學三維測量技術，分析它們在室內環境、物體掃描等方麵的獨特貢獻。此外，本章還將擴展到聲學傳感器，例如聲呐技術，探討其在水下地形測繪、水體結構探測等領域的應用。我們並非僅僅羅列技術參數，而是要理解每一種傳感器技術背後所蘊含的物理原理，以及它們如何通過不同的方式“讀取”現實世界的幾何信息。 第五章：點雲的低語——海量離散點元的組織與錶徵 當激光束掃描過真實世界，留下的並非連續的麯麵，而是一個由無數離散點構成的“點雲”。本章將緻力於理解如何組織、管理和理解這些海量的點數據。我們將探討點雲數據的基本屬性，如三維坐標、顔色、強度等，並分析點雲數據量龐大所帶來的存儲與計算挑戰。本章將介紹點雲數據的預處理技術，例如噪聲去除、點雲濾波、降采樣等，這些步驟對於後續的分析與處理至關重要。我們將深入探討不同的點雲錶徵方法，從最基礎的無序點集，到通過體素化、八叉樹等方法進行空間劃分，再到一些更高級的局部特徵描述符。我們還將討論如何為點雲數據賦予語義信息，實現從幾何數據到具有實際意義的場景理解的飛躍。本章的重點在於理解點雲作為一種全新的幾何數據形式，如何被有效地管理和利用，成為連接原始掃描數據與精細模型之間的關鍵橋梁。 第六章：幾何的重塑——從離散點到連續形態的數學轉換 點雲本身是離散的，而我們最終希望獲得的是光滑、連續的三維模型。本章將聚焦於點雲數據到三維幾何模型的數學轉換過程。我們將深入探討各種麯麵重建算法，包括基於 Delaunay 三角剖分、Alpha Shape、泊鬆重建等方法，理解它們在不同幾何場景下的適用性與優缺點。我們將討論如何從點雲數據中提取幾何特徵，如法綫、麯率等，這些信息對於準確的麯麵擬閤至關重要。本章還將涉及網格模型（Mesh）的生成與優化，包括三角網格、四邊形網格等，以及如何對生成的網格進行平滑、簡化、細分等操作，以達到所需的精細度與視覺效果。我們將分析在進行幾何重塑時，如何平衡數據的保真度與模型的簡潔性，從而生成既能準確反映原始幾何信息，又便於後續應用的三維模型。 第七章：現實的鏡像——三維模型在各領域的應用探索 經過嚴謹的處理與精細的重塑，最終獲得的三維模型如同現實世界的數字鏡像，能夠被應用於廣泛的領域。本章將展示三維模型強大的應用潛力。我們將探討其在建築與工程領域的應用，例如建築信息模型（BIM）中的三維可視化、施工進度模擬、結構分析等。在文物保護與文化遺産領域，三維模型能夠用於數字記錄、虛擬修復、在綫展示，讓珍貴的曆史信息得以長久保存與傳播。在工業製造與産品設計中，三維模型是數字化設計、仿真測試、逆嚮工程的關鍵工具。在虛擬現實（VR）與增強現實（AR）領域，高精度三維模型是構建沉浸式體驗的基礎。此外，本章還將簡要介紹三維模型在城市規劃、遊戲開發、電影特效、醫療成像等領域的應用，展現科技如何賦能不同行業，創造新的可能。 結語 從對“維度”的哲學思考，到對光影的智慧運用，再到如今對點雲數據的精妙駕馭，人類在理解與描繪三維世界的道路上從未停歇。本書的目的並非提供一套包羅萬象的技術秘籍，而是希望通過對這一係列探索過程的梳理與解讀，引發讀者對於空間幾何、科技進步以及其與現實世界之間深刻聯係的思考。我們相信，對幾何本質的理解，以及對科技工具的靈活運用，將持續推動我們更深入、更精細地感知和改造我們所處的世界。未來的探索之路依然漫長，但我們已經站在瞭一個前所未有的高度，能夠以更開放的視野，更智慧的手段，去擁抱一個更加立體、更加豐富的現實。

評分☆☆☆☆☆

這本書的版式設計充分考慮到瞭讀者的閱讀體驗，字跡清晰，排版疏朗，即使在較長的章節裏，也不會讓人感到疲勞。更令我印象深刻的是，作者在闡述復雜的算法時，總會輔以圖示和流程圖，將抽象的概念具象化，這對於理解和記憶非常有幫助。例如，在講解錶麵重建的章節，作者不僅詳細介紹瞭泊鬆重建、Delaunay三角剖分等經典算法，還用精美的三維模型圖例展示瞭不同算法生成的錶麵效果，直觀地展現瞭算法的優劣。這讓我仿佛置身於一個三維模型的“生産車間”，親眼見證著從離散點雲到光滑麯麵的神奇轉變。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計簡潔大氣，封麵上“地麵激光點雲處理與精細重構”這幾個字，就如同一個明確的指引，將我帶入瞭這場關於三維數據的探索之旅。在我閱讀的過程中，我驚喜地發現，作者在講解一些概念時，常常會引用一些前沿的學術論文和實際工程項目，這讓書中的內容顯得尤為鮮活和具有時效性。例如，在討論點雲配準時，作者不僅深入剖析瞭ICP算法的變種，還巧妙地引入瞭基於特徵匹配的配準方法，並提供瞭它們在不同精度要求下的應用場景分析。我個人認為，這種理論與實踐相結閤的編寫方式，大大提升瞭這本書的實用價值，也讓我對如何運用這些技術解決實際問題有瞭更清晰的思路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵雖然樸實，但透著一股沉穩的學術氣質，正符閤我對於一本深入研究點雲處理技術的書籍的期待。我在閱讀過程中，發現作者對於點雲數據的誤差分析和質量評估部分的處理尤為齣色。他沒有僅僅停留在理論層麵，而是詳細探討瞭不同誤差來源的特性，並提供瞭一係列量化評估指標。這一點對於任何從事精密測量和三維重建的工程師來說，都是至關重要的。我特彆喜歡書中對不同數據采集設備産生的點雲差異性的分析，以及如何通過數據融閤技術來剋服這些差異，實現更準確、更完整的重構。這部分內容讓我受益匪淺，也為我今後的數據處理工作提供瞭重要的參考。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計相當吸引人，深邃的藍色背景搭配閃爍的激光點，立刻勾勒齣“點雲”的意象，仿佛置身於一個由無數數據點構成的三維世界。我尤其欣賞它在排版上的用心，字體大小適中，行距也恰到好處，即使是密集的公式和理論推導，閱讀起來也不會感到吃力。翻開書頁，撲麵而來的是一種嚴謹而又不失親切的學術氣息。雖然我目前的研究方嚮尚未完全觸及點雲處理的深層理論，但這本書提供的廣闊視野讓我對這個領域産生瞭濃厚的興趣。它仿佛是一扇窗，讓我窺見瞭背後復雜而精妙的算法世界，也激發瞭我進一步探索的欲望。我喜歡它在引入概念時，那種循序漸進的邏輯，不會一開始就拋齣晦澀難懂的概念，而是從基礎齣發，逐步深入，讓非專業讀者也能感受到其中的魅力。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的第一印象是它的專業性和係統性。從第一章開始，作者就為我們構建瞭一個紮實的理論基礎，詳細介紹瞭點雲的形成機理、數據特性以及基本的預處理方法。我尤其贊賞書中對噪聲去除和數據分割等關鍵技術所做的詳盡闡述。作者不僅給齣瞭多種算法的原理分析，還結閤實際應用案例，生動地解釋瞭不同方法在麵對復雜場景時的優勢與劣勢。這一點對於我們這些希望將理論付諸實踐的研究人員來說，無疑是極其寶貴的。書中對於一些核心算法的數學推導也十分清晰，雖然需要一定的數學功底來理解，但作者的講解方式使得推導過程不再是枯燥的符號堆砌，而是充滿瞭邏輯的美感。