【虹科】三維點云建模：迎來復原歷史建筑的新紀元
關于虹科智能感知虹科智能感知事業部專注于智能感知與機器視覺領域，已經和IDS，Blickfeld和Gidel等有著重要地位的國際公司展開深度的技術合作。我們的解決方案包括3D激光雷達，工業相機，視覺處理平臺，圖像采集卡及視覺系統集成等。虹科的工程師積極參與國內外專業協會和聯盟的活動，我們非常重視技術培訓和積累，公司定期與國內外專家團隊進行交流和培訓。虹科合作伙伴PointFuse的特邀作者Mark 介紹點云數據如何復原歷史建筑。為了確保在各學科之間的平滑協作，減少和處理點云數據的大小至關重要。Mark解釋了如何輕松完成這一工作，并準確地復原建筑物的細節部分。2019年4月巴黎圣母院大教堂被燒毀，整個世界只能驚恐地看著。塔樓標志性的尖頂消失了，教堂大部分木質框架也消失了，這些木框是在一千年前由51英畝的森林建成的。沒有足夠的木材或足夠高的樹木來取代框架，但這并不全是壞消息：一位熱心的歷史學家Andrew Tallon的努力，采集一片超過10億個數據點的點云，映射出大教堂在2010年火災前的情況。在對圣母院的熱情激勵下，Tallon開始捕捉它的所有美麗。他使用安裝在三腳架上的激光掃描儀，拍攝建筑的每個面——有時甚至將自己的安全問題放在一邊，攀爬高臺。他還拍攝了全景彩色照片，并將RGB數據保存到點云中。目前，復原工作正在全面展開，結合當代建筑和傳統建筑的特色，如果最終的設計能超過1160年原始框架，那將是非常美妙的。如果真的如此，這將部分歸功于點云，以及十多年后最先進的點云制圖軟件，以一種可供建筑師、工程師和復原師使用的方式解析數據。
采用點云格式的優勢
可以使用公式描述數學對象；建筑師的圖紙提供了一個建筑物的結構視圖；照片可以捕捉到一個古老建筑物的美。但是，這些都無法捕捉到一座建筑隨時間風化、老化的所有細節和細微差別。 點云捕捉物體或建筑中每一個點的X、Y、Z坐標。這不僅僅意味著每一塊磚都被捕捉和記錄下來，而且能把每一個凹陷、凹痕和窩點記錄下來。背景信息，如RGB數據，有助于形成一個信息庫，建立精細的3D模型。過去，模型是由專業的CAD技術人員手工建立的，但現在這個過程可以通過專業軟件自動完成，利用點云和掃描過程中捕獲的所有數據，虛擬地構建一個真實的建筑副本。下面是還原敘利亞阿勒頗瀕臨滅絕的遺產地Beit Ghazeleh的視頻，是使用專業的點云CAD軟件從一個采集了12億個數據點的樣本中構建的。
來自Beit Ghazaleh，采用高精度三維激光掃描儀測繪（12億個數據點）——敘利亞阿勒頗的一處瀕危遺產地。這是一項多方合作的科學工作，以研究、保護和緊急加固該遺跡。困難和挑戰
點云可以存儲歷史建筑微小部分的細節，以便于在未來的某個時刻完整重現——這就像捕捉和保存它的DNA。但是，記錄細節也帶來了很大的缺點：文件很大，使得保存、分享和使用它們變得非常困難。它還需要很多技術來確定這些點實際代表什么，并將這些點連接起來——即便如此，人為的錯誤也會帶來不準確的結果。而且你會希望來自不同學科的人可以同一個數據上工作，所以能在不同的團隊和軟件包中無縫使用是至關重要的。云解決方案允許用戶訪問文件的單一副本，并確保他們是在使用最新的版本。訪問協議確保在任何時候只有一個用戶可以保存更改。這些問題在任何大規模的建筑項目中都很常見，但復原工作帶來了額外的挑戰：如何捕捉災難發生前建筑的"原狀"，而不僅僅是它現在的樣子。當然，我們不可能穿越時空去獲得 "當時 "的畫面，但我們能做的是讓檔案員的工作變得更容易，現在的軟件使用起來更簡單，所以采集建筑物的數據是可以定期進行的。網狀結構：每一個點都有關系
宇宙中的每一個點都有一個相對位置，我們可以用矢量來描述這種關系。通過將這些點云轉換為相互連接的點的"網格"，我們可以去掉多余的數據，減小文件空間——三個點之間的三角形越大，文件就越小。這里的關鍵是，去掉重復的數據以及我們有時所說的噪音（最終模型中不需要的元素）。當然，如果你手動構建網格，容易出現人為錯誤，但現在有強大的點云軟件應用程序，不需要有經驗的CAD技術人員，可以快速準確地完成這項工作，并將文件大小從千兆字節減少到兆字節。復原建筑的三步過程
故事并不是以網格模型結束的。網格本身是達到目的的手段——將點云映射成一個更小但點云同樣精細的文件，這些文件可以在不同的BIM系統中被多人同時使用。一個日常的建筑改造會從點云開始，捕捉“已建BIM”或“現狀”的位置，代表當前真實情況的快照，建筑師會在此基礎上疊加最終設計。然而，當涉及到保護和恢復我們的建筑遺產時，有一個重要的步驟，那就是通過定期的點云“備份”和安全存儲來捕獲“原狀”。LiDAR傳感器、其他手持式或佩戴式掃描儀使用戶能夠進行掃描，但到目前為止，更大和更復雜的掃描通常由第三方供應商處理，他們甚至可能部署無人機技術來詳細掃描高層建筑。網格軟件不僅可以為大數據量點云和最終設計軟件之間提供橋梁，并且提供存檔工具，以防最壞的情況發生丟失文件。HK Cube 1固態激光雷達
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