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《首都师范大学》 2009年
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三维激光数据快速配准与绘制

段文国  
【摘要】: 三维激光扫描仪因其方便、易用和数据精度高等优点在文物保护,城市规划和数字城市,矿山测量等领域有广泛的应用。三维激光扫描仪获取的数据包含实测场景的距离信息,所以又被称为深度数据(Range Data),同时,利用激光扫描仪自带的高分辨率相机或专业的摄影器材还可以获取被扫描物体的二维纹理信息,可以更加真实的还原现实世界。 然而,由于真实场景的复杂性,使得重建出一个逼真的三维模型在目前仍然存在着许多的问题和挑战。其中之一便是深度图像的配准,为了得到完整的场景三维模型,我们必须将从不同角度扫描得到的深度图像配准到同一个坐标系下。很多配准方面的研究都集中在对中小型物体的配准上,但由于大型场景具有数据量大、所需扫描的次数多等特点,这些算法不能直接适用。另外,绘制场景变得越来越复杂,人们对复杂场景绘制速度的要求也越来越高。传统的基于三角片的绘制技术,虽然能够生成真实感很强的图形,但由于自身的局限性,在图形实时绘制方面受到了极大地挑战。 本文针对三维激光扫描深度数据配准的情况,分析了传统ICP算法的缺陷,提出了一种基于特征点的改进ICP算法,在初始配准的基础上,利用K-D tree寻找最近点,有效缩短了配准时间,提高了ICP算法的效率,得到很好的精确配准效果。并给出了这种算法的程序设计思想。 在场景绘制方面,首先介绍了光线投射(Ray casting)、溅射(Splatting)、错切—变形(Shear-Warp)等算法。对利用扫描仪获取的深度图象和二维纹理图象,在基于可视化工具包VTK的基础上,分别利用移动立方体(MC)算法和光线投射体绘制算法进行了绘制,取得很好的效果。 最后,本文还对三维激光扫描数据的获取,点云的预处理,以及基于VTK工具包进行场景绘制等方面进行了介绍。
【学位授予单位】:首都师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

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