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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(jī)器視覺領(lǐng)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(dá)，工業(yè)相機(jī)，視覺處理平臺(tái)，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(huì)和聯(lián)盟的活動(dòng)，我們非常重視技術(shù)培訓(xùn)和積累，公司定期與國內(nèi)外專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行交流和培訓(xùn)。虹科合作伙伴PointFuse的特邀作者M(jìn)ark 介紹點(diǎn)云數(shù)據(jù)如何復(fù)原歷史建筑。為了確保在各學(xué)科之間的平滑協(xié)作，減少和處理點(diǎn)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(zhǔn)確地復(fù)原建筑物的細(xì)節(jié)部分。2019年4月巴黎圣母院大教堂被燒毀，整個(gè)世界只能驚恐地看著。塔樓標(biāo)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(xué)家Andrew Tallon的努力，采集一片超過10億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的點(diǎn)云，映射出大教堂在2010年火災(zāi)前的情況。在對(duì)圣母院的熱情激勵(lì)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(gè)面——有時(shí)甚至將自己的安全問題放在一邊，攀爬高臺(tái)。他還拍攝了全景彩色照片，并將RGB數(shù)據(jù)保存到點(diǎn)云中。目前，復(fù)原工作正在全面展開，結(jié)合當(dāng)代建筑和傳統(tǒng)建筑的特色，如果最終的設(shè)計(jì)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(diǎn)云，以及十多年后最先進(jìn)的點(diǎn)云制圖軟件，以一種可供建筑師、工程師和復(fù)原師使用的方式解析數(shù)據(jù)。

采用點(diǎn)云格式的優(yōu)勢

可以使用公式描述數(shù)學(xué)對(duì)象；建筑師的圖紙?zhí)峁┝艘粋€(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)視圖；照片可以捕捉到一個(gè)古老建筑物的美。但是，這些都無法捕捉到一座建筑隨時(shí)間風(fēng)化、老化的所有細(xì)節(jié)和細(xì)微差別。

點(diǎn)云捕捉物體或建筑中每一個(gè)點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)。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(gè)凹陷、凹痕和窩點(diǎn)記錄下來。背景信息，如RGB數(shù)據(jù)，有助于形成一個(gè)信息庫，建立精細(xì)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(gè)過程可以通過專業(yè)軟件自動(dòng)完成，利用點(diǎn)云和掃描過程中捕獲的所有數(shù)據(jù)，虛擬地構(gòu)建一個(gè)真實(shí)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(diǎn)云CAD軟件從一個(gè)采集了12億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)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(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）——敘利亞阿勒頗的一處瀕危遺產(chǎn)地。這是一項(xiàng)多方合作的科學(xué)工作，以研究、保護(hù)和緊急加固該遺跡。

困難和挑戰(zhàn)

點(diǎn)云可以存儲(chǔ)歷史建筑微小部分的細(xì)節(jié)，以便于在未來的某個(gè)時(shí)刻完整重現(xiàn)——這就像捕捉和保存它的DNA。但是，記錄細(xì)節(jié)也帶來了很大的缺點(diǎn)：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(diǎn)實(shí)際代表什么，并將這些點(diǎn)連接起來——即便如此，人為的錯(cuò)誤也會(huì)帶來不準(zhǔn)確的結(jié)果。而且你會(huì)希望來自不同學(xué)科的人可以同一個(gè)數(shù)據(jù)上工作，所以能在不同的團(tuán)隊(duì)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(shí)候只有一個(gè)用戶可以保存更改。這些問題在任何大規(guī)模的建筑項(xiàng)目中都很常見，但復(fù)原工作帶來了額外的挑戰(zhàn)：如何捕捉災(zāi)難發(fā)生前建筑的"原狀"，而不僅僅是它現(xiàn)在的樣子。當(dāng)然，我們不可能穿越時(shí)空去獲得 "當(dāng)時(shí) "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(jìn)行的。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：每一個(gè)點(diǎn)都有關(guān)系

宇宙中的每一個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)相對(duì)位置，我們可以用矢量來描述這種關(guān)系。通過將這些點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為相互連接的點(diǎn)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(gè)點(diǎn)之間的三角形越大，文件就越小。這里的關(guān)鍵是，去掉重復(fù)的數(shù)據(jù)以及我們有時(shí)所說的噪音（最終模型中不需要的元素）。當(dāng)然，如果你手動(dòng)構(gòu)建網(wǎng)格，容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，但現(xiàn)在有強(qiáng)大的點(diǎn)云軟件應(yīng)用程序，不需要有經(jīng)驗(yàn)的CAD技術(shù)人員，可以快速準(zhǔn)確地完成這項(xiàng)工作，并將文件大小從千兆字節(jié)減少到兆字節(jié)。

復(fù)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(dá)到目的的手段——將點(diǎn)云映射成一個(gè)更小但點(diǎn)云同樣精細(xì)的文件，這些文件可以在不同的BIM系統(tǒng)中被多人同時(shí)使用。一個(gè)日常的建筑改造會(huì)從點(diǎn)云開始，捕捉“已建BIM”或“現(xiàn)狀”的位置，代表當(dāng)前真實(shí)情況的快照，建筑師會(huì)在此基礎(chǔ)上疊加最終設(shè)計(jì)。然而，當(dāng)涉及到保護(hù)和恢復(fù)我們的建筑遺產(chǎn)時(shí)，有一個(gè)重要的步驟，那就是通過定期的點(diǎn)云“備份”和安全存儲(chǔ)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(jìn)行掃描，但到目前為止，更大和更復(fù)雜的掃描通常由第三方供應(yīng)商處理，他們甚至可能部署無人機(jī)技術(shù)來詳細(xì)掃描高層建筑。網(wǎng)格軟件不僅可以為大數(shù)據(jù)量點(diǎn)云和最終設(shè)計(jì)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(dá)

典型應(yīng)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(jì)，３軸陀螺儀
設(shè)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(diǎn)云建模：迎來復(fù)原歷史建筑的新紀(jì)元

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