船舶机舱3d扫描点云数据处理研究(附件)【字数：17807】
摘 要摘 要随着3D扫描设备等硬件技术飞速发展，真实物体轮廓的三维点云数据获取技术的研究越来越完善。三维模型重建技术也不断发展，已成为激光遥感测量、逆向工程、机器视觉、机器人学等领域的研究热点。点云数据处理作为三维模型重建技术的核心，参考吸收国内外技术，研究开发一款点云数据处理系统，对于三维模型重建具有重要意义。针对3D点云数据处理流程中的点云滤波去噪，点云精简两个流程，在开源点云库（Point Cloud Library）和微软基础类库（MFC）为根本上，以Visual Studio为平台使用面向对象的程序设计语言C++完成对点云数据处理系统的开发。论文起首介绍了点云库PCL的基本知识，点云库PCL中的KD-tree，octree数据结构，以及其自带的InputOutput模块，filter模块，点云简化模块，重建模块中的几种三角网格化算法；最后通过两个实例验证了所设计3D点云处理系统的效果。本点云数据处理系统实现了可视化功能，通过直通滤波器以及SOR滤波器实现了滤波去噪功能，利用包围盒算法实现了3D点云的精简，最终以预处理后的3D点云为基础上完成了对实例中3D点云的三维重建。关键词3D点云，预处理，滤波，精简，三维重建
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题研究的背景及意义 1
1.3 国内外研究现状及发展 2
1.3.1 国外研究现状及发展 2
1.3.2 国内研究现状及发展 3
1.4 论文的主要研究 3
1.5 论文章节安排 4
第二章 点云数据处理系统设计 5
2.1 点云库PCL 5
2.1.1 点云库PCL介绍 5
2.1.2 数据结构 6
2.1.3 基本输入输出模块 10
2.2 点云数据处理系统功能设计 13
2.3开发平台 14
2.3.1 VISUAL STUDIO 14
2.3.2开发中遇到的困难 14
第三章 点云数据预处理 15
3.1 点云滤波 15
3.1.1 滤波算法 15
3.1.2 有序点云 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
滤波算法 15
3.1.3 散乱点云滤波算法 16
3.2 点云数据可视化及预处理功能的实现 17
3.2.1 点云数据可视化功能的实现 17
3.2.2 点云数据滤波功能的实现 19
3.3点云数据精简 21
第四章 点云数据重建 23
4.1 点云数据重建 23
4.2 点云数据重建技术 23
4.2.1 PCL中曲面重建相关类 23
4.2.2 三角网格化 26
4.2.3 几种典型三角网格化算法 27
4.3 点云数据重建功能的实现 27
第五章 实验结果及分析 29
5.1 可视化功能 29
5.2 滤波去噪功能 30
5.3 点云精简功能 33
5.4 点云重建功能 34
结 论 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
第一章 绪论
1.1 引言
三维扫描技术是一种融合了多种先进技术的新兴扫描技术[1]，其用来对实体的空间结构、颜色、形状进行实时采集，最终以获取实体轮廓的空间坐标为目的。该选技术具有将真实存在的物体转化为空间坐标（3D坐标点）数字信号，输入到计算机中进行一系列处理，该技术具有将真实存在的物体数字化，以便于计算机处理的优势。三维扫描技术的测量方法可以不接触物体进行测量，并且具有测量速度快、测量精度非常高的优点。在美国、欧洲、日本等发达国家以及地区的工业制造当中，三维扫描仪等硬件设备作为对实体快速精确3D测量的一种测量设备，因为其测量响应快，不用接触物体，使用非常方便等一系列优点而得到国内外的广泛应用和研究[2]。在本课题中，利用三维扫描设备对船舱结构，机械设备等进行立体扫描，能够得到其3D数据，这些测量所得数据能直接用于CAD或是CAM等软件，并实现对接，比如在CAD系统中，操作人员能够对3D数据进行修改、整理、然后送到加工中心或者是3D打印机等快速制造设备上生产，可以大大地缩短一款产品从图纸变为实体的周期。然而相对于硬件的成熟发展，三维扫描获取的点云数据处理技术发展还相对滞后，而且国内在船舶领域都还没形成一套标准的数据处理方案，因此，对3D点云数据的预处理及其三维重建的研究具有极其重要的意义。
1.2 课题研究的背景及意义
三维扫描设备的出现，使得在现实世界真实存在的物体三维数字信息化成为可能。现实模型表面的信息能够被迅速采集并存储到点云数据结构中。目前，点云处理技术广泛应用于激光遥感测量、逆向工程、机器视觉、机器人学、CAD/CAM、三维地形重建、建筑文物保护、虚拟现实等诸多领域[3]。
传统的二维数据只能表示平面而不能表示立体，而三维数据不具有这个缺点，反而有着获取速度快、实时性强；数据多、精度高；能24小时连续、主动工作；信息的传输和加工容易等等优点。随着三维激光扫描仪等硬件以及计算机视觉技术的飞速发展，三维点云数据也受到了人们的广泛关注。但是与三维扫描设备等硬件设备的成熟发展不同的是，三维点云数据的处理技术基本都是一些通用的平台，很少有针对某一领域的专用平台，而目前的数据处理软件大多以国外的处理软件为主体，国内的很少。因此，为了进一步提高我们国家在3D点云数据处理方面的研发程度，设计实现一款3D点云处理系统，对于3D点云数据处理的研究是非常有必要的。
2010年，我国成为世界第一造船大国，中国已成为全球造船中心之一，但造船大国不等于造船强国，综合国内外形势，我国造船行业将向高端船舶及高端海工装备发展。三维扫描设备应用于船舶行业，也为船舶行业提供了便利。而处理后的三维点云数据可以为船舶行业的舱室制造，设备、零件的生产制造、维护等提供大量的成本优势。
对于三维扫描技术来说，扫描得到的3D点云的误差范围大小将会直接的影响点云数据的质量好坏，因此，一方面要考虑到点云数据处理与实际工程相结合，另一方面也要使点云处理智能化。
1.3 国内外研究现状及发展
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题研究的背景及意义 1
1.3 国内外研究现状及发展 2
1.3.1 国外研究现状及发展 2
1.3.2 国内研究现状及发展 3
1.4 论文的主要研究 3
1.5 论文章节安排 4
第二章 点云数据处理系统设计 5
2.1 点云库PCL 5
2.1.1 点云库PCL介绍 5
2.1.2 数据结构 6
2.1.3 基本输入输出模块 10
2.2 点云数据处理系统功能设计 13
2.3开发平台 14
2.3.1 VISUAL STUDIO 14
2.3.2开发中遇到的困难 14
第三章 点云数据预处理 15
3.1 点云滤波 15
3.1.1 滤波算法 15
3.1.2 有序点云 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
滤波算法 15
3.1.3 散乱点云滤波算法 16
3.2 点云数据可视化及预处理功能的实现 17
3.2.1 点云数据可视化功能的实现 17
3.2.2 点云数据滤波功能的实现 19
3.3点云数据精简 21
第四章 点云数据重建 23
4.1 点云数据重建 23
4.2 点云数据重建技术 23
4.2.1 PCL中曲面重建相关类 23
4.2.2 三角网格化 26
4.2.3 几种典型三角网格化算法 27
4.3 点云数据重建功能的实现 27
第五章 实验结果及分析 29
5.1 可视化功能 29
5.2 滤波去噪功能 30
5.3 点云精简功能 33
5.4 点云重建功能 34
结 论 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
第一章 绪论
1.1 引言
三维扫描技术是一种融合了多种先进技术的新兴扫描技术[1]，其用来对实体的空间结构、颜色、形状进行实时采集，最终以获取实体轮廓的空间坐标为目的。该选技术具有将真实存在的物体转化为空间坐标（3D坐标点）数字信号，输入到计算机中进行一系列处理，该技术具有将真实存在的物体数字化，以便于计算机处理的优势。三维扫描技术的测量方法可以不接触物体进行测量，并且具有测量速度快、测量精度非常高的优点。在美国、欧洲、日本等发达国家以及地区的工业制造当中，三维扫描仪等硬件设备作为对实体快速精确3D测量的一种测量设备，因为其测量响应快，不用接触物体，使用非常方便等一系列优点而得到国内外的广泛应用和研究[2]。在本课题中，利用三维扫描设备对船舱结构，机械设备等进行立体扫描，能够得到其3D数据，这些测量所得数据能直接用于CAD或是CAM等软件，并实现对接，比如在CAD系统中，操作人员能够对3D数据进行修改、整理、然后送到加工中心或者是3D打印机等快速制造设备上生产，可以大大地缩短一款产品从图纸变为实体的周期。然而相对于硬件的成熟发展，三维扫描获取的点云数据处理技术发展还相对滞后，而且国内在船舶领域都还没形成一套标准的数据处理方案，因此，对3D点云数据的预处理及其三维重建的研究具有极其重要的意义。
1.2 课题研究的背景及意义
三维扫描设备的出现，使得在现实世界真实存在的物体三维数字信息化成为可能。现实模型表面的信息能够被迅速采集并存储到点云数据结构中。目前，点云处理技术广泛应用于激光遥感测量、逆向工程、机器视觉、机器人学、CAD/CAM、三维地形重建、建筑文物保护、虚拟现实等诸多领域[3]。
传统的二维数据只能表示平面而不能表示立体，而三维数据不具有这个缺点，反而有着获取速度快、实时性强；数据多、精度高；能24小时连续、主动工作；信息的传输和加工容易等等优点。随着三维激光扫描仪等硬件以及计算机视觉技术的飞速发展，三维点云数据也受到了人们的广泛关注。但是与三维扫描设备等硬件设备的成熟发展不同的是，三维点云数据的处理技术基本都是一些通用的平台，很少有针对某一领域的专用平台，而目前的数据处理软件大多以国外的处理软件为主体，国内的很少。因此，为了进一步提高我们国家在3D点云数据处理方面的研发程度，设计实现一款3D点云处理系统，对于3D点云数据处理的研究是非常有必要的。
2010年，我国成为世界第一造船大国，中国已成为全球造船中心之一，但造船大国不等于造船强国，综合国内外形势，我国造船行业将向高端船舶及高端海工装备发展。三维扫描设备应用于船舶行业，也为船舶行业提供了便利。而处理后的三维点云数据可以为船舶行业的舱室制造，设备、零件的生产制造、维护等提供大量的成本优势。
对于三维扫描技术来说，扫描得到的3D点云的误差范围大小将会直接的影响点云数据的质量好坏，因此，一方面要考虑到点云数据处理与实际工程相结合，另一方面也要使点云处理智能化。
1.3 国内外研究现状及发展
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