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關(guān)于虹科智能感知虹科智能感知事業(yè)部專注于智能感知與機器視覺領域，已經(jīng)和IDS，Blickfeld和Gidel等有著重要地位的國際公司展開深度的技術(shù)合作。我們的解決方案包括3D激光雷達，工業(yè)相機，視覺處理平臺，圖像采集卡及視覺系統(tǒng)集成等。虹科的工程師積極參與國內(nèi)外專業(yè)協(xié)會和聯(lián)盟的活動，我們非常重視技術(shù)培訓和積累，公司定期與國內(nèi)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(shù)據(jù)如何復原歷史建筑。為了確保在各學科之間的平滑協(xié)作，減少和處理點云數(shù)據(jù)的大小至關(guān)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(jié)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(zhì)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)保存到點云中。目前，復原工作正在全面展開，結(jié)合當代建筑和傳統(tǒng)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(shù)據(jù)。

采用點云格式的優(yōu)勢

可以使用公式描述數(shù)學對象；建筑師的圖紙?zhí)峁┝艘粋€建筑物的結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)據(jù)，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(yè)的CAD技術(shù)人員手工建立的，但現(xiàn)在這個過程可以通過專業(yè)軟件自動完成，利用點云和掃描過程中捕獲的所有數(shù)據(jù)，虛擬地構(gòu)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(chǎn)地Beit Ghazeleh的視頻，是使用專業(yè)的點云CAD軟件從一個采集了12億個數(shù)據(jù)點的樣本中構(gòu)建的。

來自Beit Ghazaleh，采用高精度三維激光掃描儀測繪（12億個數(shù)據(jù)點）——敘利亞阿勒頗的一處瀕危遺產(chǎn)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(zhàn)

點云可以存儲歷史建筑微小部分的細節(jié)，以便于在未來的某個時刻完整重現(xiàn)——這就像捕捉和保存它的DNA。但是，記錄細節(jié)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(shù)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(jié)果。而且你會希望來自不同學科的人可以同一個數(shù)據(jù)上工作，所以能在不同的團隊和軟件包中無縫使用是至關(guān)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(xié)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(guī)模的建筑項目中都很常見，但復原工作帶來了額外的挑戰(zhàn)：如何捕捉災難發(fā)生前建筑的"原狀"，而不僅僅是它現(xiàn)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(xiàn)在的軟件使用起來更簡單，所以采集建筑物的數(shù)據(jù)是可以定期進行的。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：每一個點都有關(guān)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(guān)系。通過將這些點云轉(zhuǎn)換為相互連接的點的"網(wǎng)格"，我們可以去掉多余的數(shù)據(jù)，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(guān)鍵是，去掉重復的數(shù)據(jù)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(gòu)建網(wǎng)格，容易出現(xiàn)人為錯誤，但現(xiàn)在有強大的點云軟件應用程序，不需要有經(jīng)驗的CAD技術(shù)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(jié)減少到兆字節(jié)。

復原建筑的三步過程

故事并不是以網(wǎng)格模型結(jié)束的。網(wǎng)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(tǒng)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(xiàn)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(chǎn)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(shù)來詳細掃描高層建筑。網(wǎng)格軟件不僅可以為大數(shù)據(jù)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(fā)生丟失文件。

HK Cube 1固態(tài)激光雷達

典型應用范圍：1.5-75米
最大探測范圍：250米
測距分辨率：<1cm
最大視場：70°×30°（可調(diào)）
垂直分辨率：每幀5-400條掃描線（可調(diào)）
水平分辨率：0.4°－1.0°（可調(diào)）
通信方式：TCP/IP 千兆以太網(wǎng)
IMU輸出：３軸加速度計，３軸陀螺儀
設備端數(shù)據(jù)處理：智能背景減法、姿態(tài)校正變換

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【虹科】三維點云建模：迎來復原歷史建筑的新紀元

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