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内容简介

　　《地面激光点云处理与精细重构理论与方法》针对地面三维激光在高精度空间数据处理及大规模三维激光散乱点云的高精度建模的理论与关键技术，系统阐述了三维激光点云的获取与处理方法，提出了基于点云特征向量的配准、多站点云数据融合的核心算法；提出了一种顾及三维拓扑关系一致性的高精度三维建模的CSG-BREP数据模型及建模方法；研究了大数据空间三维实体GPU可编程计算及流数据的高速渲染的关键技术，最后给出了研究成果在古建筑与现代建筑及特殊复杂几何形状精细重建的工程应用。
　　《地面激光点云处理与精细重构理论与方法》可作为测绘、三维地理信息系统、计算机图形学领域的研究开发人员的参考书，还可供建筑遗产数字化保护的工程技术人员及相关专业的教师、研究生阅读。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 研究意义
1．2 研究现状
1．2．1 点云配准
1．2．2 点云构建三维拓扑模型
1．2．3 可视化
1．3 存在的问题
1．4 主要研究内容

第2章 点云数据预处理
2．1 点云数据异常值过滤
2．1．1 人工交互去噪方法
2．1．2 点云局部自动去噪
2．2 点云数据精简过滤
2．2．1 可移动网格划分算法流程
2．2．2 可移动网格划分算法具体实现过程
2．3 本章小结

第3章 点云配准
3．1 点云自动初始配准
3．1．1 点特征描述子
3．1．2 点云自动初始配准的具体实现
3．2 点云自动精细配准
3．2．1 点云重叠区域计算
3．2．2 ICP配准算法
3．3 点云配准并行加速算法
3．3．1 并行加速方案的选择
3．3．2 点云初始配准并行加速的实现
3．3．3 点云精细配准并行加速的实现
3．4 配准算法实验
3．4．1 实验环境配置
3．4．2 实验数据
3．4．3 点云配准效果
3．5 本章小结

第4章 点云三维几何精细建模
4．1 CSG-BREP拓扑模型定义
4．1．1 现有拓扑模型的分析
4．1．2 CSG-BREP拓扑模型内拓扑定义
4．1．3 CSG-BREP拓扑模型外拓扑定义
4．2 CSG-BREP拓扑模型构建
4．2．1 模型构建算法
4．2．2 拓扑重构算法
4．3 CSG-BREP拓扑模型查询分析
4．3．1 拓扑元素的查询算法
4．3．2 查询子级拓扑元素算法
4．3．3 查询父级拓扑元素算法
4．4 本章小结

第5章 高精度模型纹理重建
5．1 纹理重建分析
5．2 高精纹理重建模型解算
5．2．1 误差方程及初始值的确定
5．2．2 角度及摄站到物方距离的精确值
5．2．3 外方位元素解算
5．3 高精度纹理重建精度分析
5．3．1 实验数据
5．3．2 算法实验对比
5．3．3 实验分析
5．4 本章小结

第6章 三维交互可视化
6．1 可视化渲染管线
6．2 GPu基本几何体的渲染
6．2．1 光照
6．2．2 梯形体的涫染
6．2．3 球和圆柱的渲染
6．3 点云模型的渲染
6．3．1 点云模型渲染的流程
6．3．2 点云模型GPU渲染
6．4 精细三维空间数据的交互拾取
6．4．1 点云拾取
6．4．2 三角网的拾取
6．4．3 几何实体的拾取
6．5 本章小结

第7章 系统实现
7．1 系统架构
7．2 系统总体设计
7．2．1 点云处理及重建流程
7．2．2 功能模块设计
7．2．3 数据管理设计
7．3 系统界面及功能
7．3．1 总体界面
7．3．2 核心功能
7．4 本章小结

第8章 工程应用
8．1 古建筑数字化保护中的应用
8．1．1 外业测绘
8．1．2 模型数据成果
8．1．3 三维场景
8．1．4 修缮变化检测
8．1．5 古建筑剖面图
8．2 现代建筑点云建模应用
8．2．1 数据源
8．2．2 建模过程
8．3 后母戊鼎精细建模
8．3．1 建模工艺流程
8．3．2 模型应用
8．4 本章小结

参考文献

前言/序言

　　20世纪中后期，三维激光扫描技术伴随着光学、电子学的不断发展，使激光雷达测量技术在全球范围内得到飞速发展。它作为一种快速实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革新，较传统单点测量技术手段与方法，具有高效率、高精度及全景化测量等技术优势。通过全景化的快速测量方法获取高分辨率、精细的地理空间对象表面的三维点云数据，为建立精细的三维实体模型提供了必备的数据基础。
　　近年来，地面三维激光扫描技术不断突破，应用领域日益拓宽，在地形测绘、城市管理、灾害监测、遗产保护等方面发挥着越来越重要的作用，并形成了巨大的产业。三维激光点云数据量也在呈指数级倍增，如何高效地处理基于大数据特征的点云数据处理、快速构建精细三维模型及三维逼真展示一直是目前国内外研究的焦点。本书重点旨在点云数据预处理、三维精细建模与可视化方面，开展理论与关键技术的研究，为提高三维激光扫描技术的应用提供理论指导与工程应用技术参考。
　　全书共分8章，内容包括：
　　第1章绪论，阐述了研究的意义，当前地面三维激光点云处理、数据配准、三维精细建模、可视化等方面的研究现状及存在的问题。
　　第2章点云数据预处理，主要研究了点云数据异常值过滤和点云数据精简过滤，提出了一种高效的可移动网格划分的点云精简过滤算法。
　　第3章点云配准，引入点特征描述子，采用点特征快速直方图作为点云初始配准所采用的特征描述子，从算法准确度和效率角度改进采样一致性初始配准算法；充分利用初始配准的重叠区，提出一种基于点云重叠区域的改进ICP算法：针对大数据，进而提出基于OpenMP并行加速和OpenCL并行加速算法。
　　第4章点云三维几何精细建模，提出了一种顾及拓扑一致性的CSG-BREP三维数据模型。从拓扑元素、拓扑结构、拓扑位置、拓扑方向、拓扑状态、拓扑子级6个方面定义了CSG-BREP模型；给出了从点云拟合基本体素的方法及CSG布尔算子的实现；通过模型，研究了针对模型的查询和访问算法。
　　第5章高精度模型纹理重建，提出了一种角锥体法的摄影测量纹理重建算法，较好地解决了适用于大倾角影像的方位元素解算，获得了高精度的纹理重建。
　　第6章三维交互可视化，针对大数据点云、CSG-BREP及TIN模型可视化问题，介绍了基于DirectX 11的渲染管线，论述了基于GPU可编程性的并行计算，快速渲染绘制与交互拾取的技术方法。
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