三维激光扫描数据处理操作说明

三维激光扫描数据处理操作说明中国地质大学三峡中心钟成2015年12月1.配置要求扫描要求：密度高，扫描全面，站间重叠度高。系统配置：XP系统，32位，有D盘盘符。软件安装：ILIRS-3D软件包（绿色）polyworks_10_0_3_32bit.exe,chanzhuang.exe和配套库，GeomagicStudio10,TexCapture1.1。Matlab10.02.数据预处理2.1.数据转换2.1.1.数据导入打开ILIRS-3D软件包中Parser5.0.1.4中Parser.exe，界面如图2.1.1：图2.1.1点击Add找到笔记本中存储扫描数据的文件夹：图2.1.2出现以下界面：图2.1.3工具栏中放大缩小按钮可用于观察扫描范围。2.1.2.基本设置然后点击setting对解压过程进行设置，出现如2.1.4界面。图2.1.4其中，Outputfile界面，主要设置输出路径和格式。默认路径在保存点云文件夹下，不用改。默认选择PIF格式，24-bittexture，也就是有颜色信息的点云，如果是8-bitscaled则是点云强度信息。PIF格式是polyworks支持的格式。如果选择XYZ格式，则以ASCII码形式输出，也可以定义是否需要输出颜色信息。该格式可直接被Geomagic打开。图2.1.52.1.3.颜色设置然后，在最左边列表里选择ColorChannel，出现如下界面：图2.1.6选中，默认的在会出现相应的照片信息，如果没有，则检查存储扫描数据的文件夹里是否有照片文件。在里，默认是没有文件内容的，点击，到“ILIRS-3D”软件包，找到文件“10384CameraCalParam.txt”即可。2.1.4.平移参数设置然后在最左边列表里选择PantiltTransform，出现如下界面：图2.1.7按顺序选中点击，到“ILIRS-3D”软件包，找到文件“120111PanTiltCalParam.txt”即可。最后点击，保存上述所有设置。2.1.5.执行解压转换回到主界面。点击，等待执行完成。若还要继续解压新的数据包，则先点击，再点击，开始新的过程。也可在Add时，添加多个数据包，那么在Setting时需要分别对每个数据包进行设置，然后点击执行，完成后，点击删除全部。2.1.6.数据浏览打开PolyWorks10.0，得到如下界面：图2.1.8点击第四个按钮，等待打开IMInspect,，图2.1.9点击File-Importdata–Neutral/InnovMetric(PIF)，如图：图2.1.10找到之前解压缩到位置，打开后缀为.PIF的文件，并进行如下显示设置：图2.1.11即对全局，静态和动态显示均设置为point，如果数据量过大，则显示密度可选为1/4，1/16等。工具栏最右边的PSize设置为1.最终，选中3DScene，显示效果如图2.1.12。图2.1.12在该窗口中，按住滚轮移动鼠标，实现平移，左键实现三维旋转，按住右键实现放大缩小。如果数据看不见，选中数据，右键菜单选择View-》CentreonScreen2.2.数据配准如果仅需要单站扫描数据，本步骤可以忽略，如果扫描目标很大，需要将多站数据融合才能完整描述，则需要执行本操作。2.2.1数据导入在polyworks主界面，点击左边第一个按钮，打开IMAlign。图2.2.1得到IMAlign主界面如图2.2.2，保持选中3DScene。图2.2.2选择Config-Digitizer得到扫描仪设置界面，我们的设定如图2.2.3：图2.2.3然后，设置显示设置如2.1.6节。从File-Importimages–ImportOptech(PIF)打开需要配准的多个文件包。一个文件包里含有的多个文件属于同一个扫描站，不需要配准，如果这些文件不能对齐，表明是解压缩时没有设定平移参数，请参阅2.1.4节.。图2.2.4首先会出现如下界面：无论选择Yes或No，都可对细分角度和密度进行设置，请选择Yes，并按图2.2.5设定参数。图2.2.5弹出界面如图图2.2.6点击，关掉向导。在界面（图2.2.7）上保持默认设置，点击OK，将数据依次导入。然后再重复上述过程，导入另一站点的数据。图2.2.7需要注意，因为采用较大的间隔，数据显示效果不如在IMIspect界面中。同时调入两站数据之后，如图2.2.8：图2.2.82.2.2数据配准首先在左边treeview里将数据分组，将每一站点数据编为一组。按住Crtl键鼠标连续点中第一组数据，在右键菜单选择edit-Goup，完成编组。图2.2.9编组结果如图2.2.10图2.2.10然后选择Align-Splitview，在弹出的向导框里选择CloseWizard，在视图里保持3DScene，显示结果如图2.2.11。图2.2.11.图2.2.11分别将两组数据显示在不同视图，便于分别选择特征点。此时可以分别在视图内调整点云的显示状态，使得便于观察和后续选择特征点。其操作如2.1.6所述。然后选择Align-NPointPairs，在弹出的向导框里选择CloseWizard，在视图里保持3DScene状态，此时鼠标图标变成一支笔，可以分别在两幅视图中依次点选特征点。需要浏览视图时，敲击空格键实现浏览与点选功能的切换。如果要退出该模式，直接按ESC键。图2.2.12.由于数据的特点，不需要非常精确的选中同名特征，位置基本准确即可，最少选中三对点，要较全面的覆盖数据范围。最后点击鼠标右键，保持3DScene状态，可见数据基本配合到一起，但是存在一定的误差。图2.2.13.选择Align-Best-fitAlignment&Comparison，启动自动优化界面，如图2.2.14。图2.2.14图中参数保持默认，点击Start，自动进入误差统计界面，并开始优化。图2.2.15完成后，选择Close，观察结果。如果配准结果较好，即两组数据之间不再有明显的裂缝或错位，则保存数据，否则重新启动配准，从Spitview开始。2.2.3结果保存选择File-SaveProjectas，得到如下界面：图2.2.16可以随意命名，不要重复，DestinationWorkspace最好与之前的过程数据放在同一文件夹，便于后续查找。如下图：在关闭IMalign时候，会弹出如下对话框，询问是否减少重叠区域数据量。图2.2.17一般选择Yes，然后对弹出的对话框执行Start即可。图2.2.183.工程地质应用3.1特征量测这个部分主要在IMIspect中完成，在主菜单打开IMIspect。3.1.1数据导入如果是单站数据，按照2.1.6.节所述导入数据，如果是要加入配准后的多站数据，选择File-Openobject，弹出如下对话框图3.1.1如果没有我们命名的Workspace和IMAlignProjects，点击AddWorkspace，去寻找我们命名保存的Workspace。然后点击Open打开，导入当前工作空间。3.1.2坐标变换搜索定位预先测量了坐标的位置，点击空格键，出现十字符号，进入选择模式.按住Ctrl+Shift，敲击鼠标滚轮，圈选范围，右键结束，可以获得一个点云选择集，然后选择创建点特征，如下3.1.2（a），出现3.1.2（b），并按图中设置参数。（a）（b）图3.1.2点击创建，即可获得一个点目标。在对所有量测目标都创建点之后，从外界导入这些坐标的量测值。坐标文件定义如下：导入坐标值的操作步骤如下图：图3.1.3在弹出对话框中，注意选择文件格式与自定义格式一致，此处为Names+points，如图3.1.4.图3.1.4.文件导入之后，在treeview的Feature中会出现文件中的点，其名称与坐标文件中定义的一致。选择Align-AlignNParisofCenterpoints，在弹出的对话框里选择对应的导入坐标点和之前从点云中创建的点，建立相应的匹配关系，如图3.1.6.图3.1.6其中source选择Feature中由点云创建的特征点，Destination选择由外部文件导入的特征，注意一一对应关系。完成配对关系之后，选择Align即完成坐标转换工作。3.1.3基本测量选择Measure-BasicMeasure，弹出对话框如图3.1.7。图3.1.7选择需要的测量工具，直接在点云上执行测量。可实现对岩石面积，长度，裂隙长度等待测量。3.2产状计算3.2.1平面生成点击空格键，出现十字符号，进入选择模式.按住Ctrl+Shift，敲击鼠标滚轮，圈选范围，右键结束，可以获得一个点云选择集，然后选择创建面特征。如图3.2.1所示进行选择，得到创建平面对话框，依图3.2.2进行配置。图3.2.1图3.2.2切换到浏览模式，查看生成的面是否贴合兴趣平面。图3.2.3平面导出，选中平面，右键菜单Export-ToTextFile平面导入，File-ImportPrimitives-PlanesfromTextFile.3.2.2产状计算利用外部程序和面的参数进行计算。3.3模型和等高线制作3.3.1数据接口首先将点云以ASCII码导出，选中数据块，右键菜单Export-ASCIIPointCloud，如图3.3.1.图3.3.1在弹出的对话框里，Template选择PointsOnly即可，也可选Points+RGB等。然后文件名加上“.XYZ”后缀。如果是单站数据，也可以在2.1.2节设置数据格式时，直接以“.XYZ”形式输出。图3.3.2启动Geomagic，文件-打开，然后找到保存到xyz文件，打开，会弹出以下对话框3.3.3（a）：（a）（b）图3.3.3根据数据量大小自己选择，50%或33%比较合理。然后弹出3.3.3（b），选米。得到图3.3.4.图3.3.4视图中的浏览方式比较奇怪，在其状态栏中有说明，如图3.3.4.3.3.2三维建模然后选择菜单“点（P）”-“封装（W）”（3.3.5（a）），得到3.35（b），默认曲面，点击确定，开始执行，等待，结果如图3.3.6。（a）（b）图3.3.5图3.3.6因图中有很多小孔，选择“多边形（p）”-“填充空（E）”，主界面右下出现填充空对话框，如图3.3.7.图3.3.7.按图3.3.1中设置，直接按全部填充，等待执行，一般会弹出以下对话框。图3.3.8这是说有一些超大但空洞，选择取消，否则出现的结果很差。然后点击图3.3.7中的确定，完成空洞填充。选择文件-》另存为，保存为DXF格式。Geomagic中也可进行量测和体积计算工作。3.3.3制作等高线等高线可用于高精度数值模拟。在IMINspect中，选择File-ImportData-PolygonalModel图3.3.9找到刚才导出的dxf文件，打开结果如图3.3.10。图3.3.10此时也可以进行量测，产状计算等工作。为了后续色彩增强使用，可以将模型选中导出，在右键菜单里选择Export-PolygonalModel.。在弹出对话框里，选择格式为InnovmetricFiles（.pol）在TreeView点中Cross-Section,右键菜单里选择Create，如图3.3.11.图3.3.11.在弹出的对话框里设置参数如图3.3.12.图3.3.12其中，StartpointZ和EndpointZ需要根据实际的数据Z值范围来设置，Step也可根据实际需要修改，其他的不用修改。设置完成后，点击Create，关掉dxf文件的显示（右键View-hide），得到图3.3.13.图3.3.13可见有些等高线是断裂的，这要求我们扫描的时候尽量完整，如现在这样的情况，需要转出到AutoCAD中进行编修。点击File-ExportObjects-Primitives&CrossSectionstoDXF，保存为dxf文件。然后在AutoCAD中打开修改。