4.1.3.1 點雲數據處理
每壹個巖石的表面都比較復雜，很多巖石景深比較深，導致點雲數據不能完全反映出巖石的真實輪廓。所以，每塊巖石的整體模型需要很多站的數據拼接起來得到。
1）利用專業軟件Faro Scene 進行點雲數據的首次處理。首先打開 Faro Scene 軟件（圖4.21）。點擊 文件，導入點雲數據，Faro Scene軟件首先處理的對象是fls格式的文件（圖4.22）。
圖4.21 Scene 軟件初始界面
圖4.22 Faro Scene 軟件文件操作菜單
2）然後默認彈出壹個瀏覽窗口用來瀏覽被打開文件的窗口（圖4.23）。
圖4.23 導入掃描數據視圖
3）尋找到我們要打開的文件的所在位置點擊點雲數據的fls文件打開（圖4.24）。
圖4.24 選取點雲數據文件視圖
4）數據文件就導入了Scans軟件的工具欄裏（圖4.25）。
5）點擊鼠標右鍵選擇加載點雲數據（圖4.26）。
圖4.25 Scans 軟件工具欄視圖
圖4.26 加載點雲數據視圖
6）出現數據讀取進度界面，等待加載好以後，雙擊鼠標點擊已經加載的點雲數據，數據就顯示出來了（圖4.27、圖4.28）。但是它只是壹個平面的數據，我們可以發現如果放大和縮小以後周圍的點雲數據就會變得很松散，並且失去了原來的比例大小（圖4.29）。
圖4.27 點雲數據加載進度視圖
圖4.28 點雲圖像
圖4.29 放大後的點雲圖像
其實，這不是軟件或者點雲圖像出問題了，而是視圖方式的問題，打開的時候軟件呈現的是快速平面視圖，數據本身會以設備的所在地為視圖原點（圖4.30）。
圖4.30 點雲視圖原點圖像
7）如果想拖動點雲圖像隨意瀏覽的話，我們可以點擊3D的字樣，打開三維瀏覽視圖模式（圖4.31）。打開這個命令以後視圖會重新加載文件，等待數據加載好後，我們就可以隨意地拖動了，仍舊會以掃描儀的中心為軸點（圖4.32）。點擊鼠標左鍵進行旋轉，點擊鼠標滑輪可以對點雲數據進行平面拖動。
圖4.31 3D 功能視圖
圖4.32 重新加載後的點雲圖像
8）點擊菜單欄的多邊形，在巖石點雲圖像周圍的噪點隨意點擊鼠標，合並為壹圈後雙擊鼠標左鍵（圖4.33）。
圖4.33 多邊形選擇器視圖與處理後的圖像
9）拼接成多邊形後，點擊鼠標右鍵會彈出3個選項（圖4.34）。刪除內部選擇就是將黃色覆蓋區域內的點雲數據刪除；刪除外部選擇就是將未覆蓋黃色的區域刪除；移除選擇則是放棄此次選區。選擇刪除外部選擇，這樣多邊形中間所包含的點雲數據就被刪除掉了。
圖4.34 刪除圖像功能視圖
10）在3D視圖中，仔細查看留下的巖石點雲數據，確保再也沒有多余的點雲數據（周圍會剩余很細小的部分不容易刪除，這個不必介意，因為我們後面會進行處理）。
11）點擊已經處理完的點雲數據（圖4.35）。
圖4.35 選擇處理後的點雲圖像
12）點擊鼠標右鍵，會彈出壹個操作菜單欄，點擊操作選項，在操作菜單欄有過濾器選項（圖4.36）。過濾器裏面會有4個子選項，這4個子選項分別是離群、基於距離、深色掃描點、平滑，都是用來處理點雲數據噪點的（圖4.37）。根據不同的情況，我們可以選擇不同的合適選項，對點雲圖像進行優化處理，處理前的點雲圖像見圖4.38。
圖4.36 選擇過濾器菜單
圖4.37 選擇過濾類型菜單
圖4.38 處理前的點雲圖像
13）仔細檢查確認沒有多余點後，這塊巖石標本的點雲就處理完成了，處理後的點雲圖像見圖4.39。
圖4.39 處理後的點雲圖像
14）再找到另壹塊巖石標本的點雲數據，把它加載進來。加載前，我們先將3D視圖關閉，視圖欄的左上方有Workspace，這個就是3D瀏覽視圖欄，點擊關閉（圖4.40）。
圖4.40 關閉3D 視圖界面
15）選擇文件中的導入菜單（圖4.41）。
圖4.41 選擇導入菜單
16）在導入選項欄內，點擊要導入的巖石標本點雲數據文件，點擊導入（圖4.42）。
圖4.42 點雲文件導入視圖
17）在左邊工具欄內，可以發現文件已經導入（圖4.43）。
圖4.43 顯示已導入的加載文件視圖
18）點擊已經導入的巖石標本點雲數據，點擊鼠標右鍵打開選項菜單，點擊已加載（圖4.44）。
圖4.44 選擇已加載視圖
19）等待載入，載入完成後雙擊鼠標，然後根據上壹塊巖石標本點雲數據的處理辦法，將這塊巖石標本點雲數據進行處理。每塊巖石標本的點雲數據量可能會比較大，在我們將每塊點雲數據都處理完成後，再進行拼接。
4.1.3.2 點雲數據拼接
通過點雲數據的處理，完成點雲數據的優化，現在我們進行拼接。
1）由於點雲數據量比較大，所以需要將已經加載的數據卸載掉（再次點擊已經打鉤的已加載，系統自動對已經加載的點雲數據進行卸載），只保留準備拼接的2塊點雲數據（圖4.45）。
圖4.45 卸載點雲文件菜單
2）這裏我們只講解拼接的第壹站和第二站數據。首先點擊已經加載的第壹站點雲數據，按鼠標右鍵，在視圖菜單內選擇平面視圖（圖4.46）。
圖4.46 選擇平面視圖菜單
3）再打開第二站點雲數據，進入平面視圖。這時候視圖欄內只有兩個選項：壹個是第壹站視圖；壹個是第二站視圖。點擊平移按鈕，進入平面視圖。在平面視圖內，可以隨意地平移和旋轉，點擊第壹站視圖、第二站視圖進行切換，尋找它們的***同特征點，每兩站的點雲數據具有公***點和公***面。這提醒我們，當我們用掃描設備進行圖像掃描時壹定要註意，保證每兩站掃描的距離必須保證兩站點雲數據間的公***數據盡量多，這樣後續工作會更加輕松。
4）尋找到比較多的特征點以後，記住它們相互之間的聯系和順序，因為巖石標本的面數多、體積較小，不適合擺放激光掃描時的目標，需要重求和尋找***用平面。我們在這裏介紹用Scans軟件根據公***點，進行拼接擬合的方法。
5）對公***點和公***曲面進行確認後，點擊工具欄內的標記掃描點選項（圖4.47）。
圖4.47 標記掃描點選項視圖
6）在第壹站平面視圖內標記點（圖4.48）。
圖4.48 標記點圖像
7）每壹個標記點必須保證第二站的數據也有這樣的點，並且位置必須相同，每標記好壹個標記點後，在彈出的點信息對話框中輸入點名稱。第壹站視圖和第二站視圖之間的名稱必須相對應，當第二站視圖和第三站視圖拼接的時候，它們的點不能和第壹站視圖、第二站視圖之間的名稱相重疊，必須要註意。為了標記點的準確性，標記點的時候，應盡量將視圖放大，標記點和標記點之間的誤差，盡量縮小，每站的標記點不得少於4個，並且4個標記點不得在壹條直線和壹個平面內（圖4.49）。
圖4.49 確定標記點視圖
8）標記點標記完成後就可以拼接了，可以在所有站點標記完成後拼接，也可以每兩站拼接壹次，建議每兩站拼接壹次。因為如果拼錯以後，我們可以在第壹時間發現拼錯的地方。
9）在結構菜單欄內點雲數據的正上方點擊Scans，按鼠標右鍵調出工具菜單欄，點擊操作選項，在操作選項菜單欄內點擊對應。然後選擇按手動目標名稱強制。這個選項就是按照我們剛才標記點的名稱進行強制性拼接。所以，要求我們每站的直接誤差應盡量小（圖4.50）。
因為用Scans拼接時，是按照Scans目錄下所有站點同時進行拼接的。所以拼接時，盡量只加載兩站數據，對未標點的點雲數據不要進行加載，並且註意標點之間名稱的區別，盡量讓每壹站的標點名稱具有特征的標點意義，每次拼接完成後，都要按照上面的方法進行查看（圖4.51）。因為我們拼接的巖石標本模型是壹個整體，拼接到最後壹站時，標本模型已經拼接完整了。但因我們是從第壹站視圖、第二站視圖開始不斷疊加的，最後必然會有壹個積累誤差，也就是說，如果拼了10站的話，每兩站之間的誤差為1時，那麽我們拼接完10站的時候總誤差會到達10。可是如果我們再將10和1進行拼接的話，那麽我們總的誤差就會只有5。因此我們最後壹站拼接的時候，必須將第壹站的巖石標本點雲數據和第十站（最後壹站）視圖的巖石點雲數據進行拼接。
圖4.50 選擇按手動目標名稱強制視圖
圖4.51 拼接後的點雲圖像
10）全部拼接完成以後，我們再在Scans裏面，點擊按手動目標名稱強制，打開3D視圖，仔細旋轉比較並且查看，查看總體拼接完成的巖石標本點雲模型是否與實際相匹配。
4.1.3.3 點雲模型導出與保存
在確認點雲模型拼接沒有差錯之後，我們再將點雲模型保存，點雲模型不能直接保存。因為我們保存出來的數據是以後模型制作的依據，Scans軟件相對於點雲處理來說已經相當成熟了，後續的點雲處理軟件有許多種，每壹種對點的需求都不壹樣，因此點雲數據又必須有各種不同的格式應用於不同的軟件當中。
我們對已經拼接完的點雲模型，後續處理時用的是KUBIT PointCloud 6.0軟件，它可以打開很多點雲格式。由於PTC格式的點雲密度能比較理想地體現出模型的整體結構特征，所以我們就以PTC格式為例。
1）首先在Scans軟件的菜單內，點擊結構菜單的Scans文件夾，點擊鼠標右鍵，在彈出的菜單選項選擇導入/導出，導出掃描點選項（圖4.52）。
圖4.52 導出掃描點菜單
2）在彈出的導出對話框內，最上面的壹行裏選擇PTC文件格式，點擊保存，這樣我們就將已經處理好的點雲模型保存了（圖4.53）。
4.1.3.4 點雲模型的面成像
雖然經過上述處理步驟，點雲數據已經完全擬合，但仍舊無法達到我們的需要，需要運用其他軟件對點雲數據進行處理。在點雲數據處理軟件中，KUBIT PointCloud 6.0軟件最理想，它是將點雲數據拼接成面狀的軟件。
KUBIT PointCloud 6.0軟件是AutoCAD的壹個應用程序，在著名的AutoCAD軟件環境中顯示、分析、處理數以億計的三維點。通過三維激光掃描儀記錄的點雲數據，可以在AutoCAD中，使用標準的二維、三維功能進行處理。
KUBIT PointCloud 6.0軟件擴展了AutoCAD當前的功能，並能夠管理大量賦色點雲數據。與AutoCAD不同的是，點雲軟件可以直接在AutoCAD上對數以億計的點進行顯示和評估。
圖4.53 選擇文件保存格式視圖
1）在建立巖石標本的數字三維模型時，首先要安裝KUBIT專業軟件，並連接軟件狗，打開AutoCAD（圖4.54）。
圖4.54 打開AutoCAD 視圖
2）在菜單欄的位置尋找，會找到KUBIT PointCloud 6.0 軟件的壹個專屬菜單，點擊它，在第壹行選擇完成按鈕，將彈出對話框，可插入點雲數據（圖4.55）。
圖4.55 選擇按插入點雲文件視圖
3）選擇Scans軟件所保存的點雲數據PTC格式文件，點擊PTC，單擊確定，軟件將自動導入地質標本點雲數據（圖4.56）。
圖4.56 插入點雲文件視圖
4）按住Shift鍵，然後滑動鼠標滑輪瀏覽點雲模型。在定義截面內有很多選項可以供我們使用，其中截面管理器是用來管理我們已經導入的點雲模型的（圖4.57）。
圖4.57 截面管理器視圖
5）點擊截面管理器，在彈出的對話框中，單擊顏色框可改變點雲的顏色（圖4.58）。
圖4.58 顏色選擇視圖
6）因為後期要處理點雲模型的顏色，可能會與點雲本身的顏色沖突，而導致不好辨認。所以我們把點雲初始色變成白色，單擊確定按鈕（圖4.59）。巖石標本模型立體感很強，很多面都有突出的點和形狀。所以在進行模型制作時，需要從3個面制作模型，分別是XY、ZX、ZY等3個面（圖4.60）。
圖4.59 設置點雲初始顏色視圖
圖4.60 點雲模型圖
XY面反映模型前、後兩面的具體輪廓，ZX面反映模型左、右兩面的具體輪廓，ZY面反映模型上、下兩面的具體輪廓，3個面整體拼合後，就形成了360°的全景三維模型。
7）我們將3個面分別制作出來的模型，進行整體拼接合並後，就得到巖石標本的最後模型（圖4.61）。
圖4.61 拼接合並後的點雲模型圖
以上的描述就是我們制作模型的具體思路和方法，下面我們看看怎樣進行模型制作。3個面的模型制作方法類似，我們以XY面的模型制作為例。
步驟1：首先將模型調整到正視圖的角度，單擊定義切片功能（圖4.62）。
圖4.62 定義切片功能視圖
步驟2：在AutoCAD的命令欄會要求操作者輸入切片所需要平行的面，輸入XY，按空格後，將執行命令（圖4.63）。
圖4.63 定義切片面視圖
步驟3：命令行會自動提示，要求輸入切片的第壹個點（圖4.64）。
圖4.64 定義切片首點視圖
步驟4：選擇第壹個點，該點應該從最底層開始（圖4.65）。
圖4.65 選擇首點視圖
步驟5：這時鼠標位置為十字光標，我們將模型點雲放大，點擊最靠近底部邊緣的壹個點，然後命令行會提示要求輸入切邊分界線的第二個點或者厚度（圖4.66）。
圖4.66 選擇厚度視圖
步驟6：這裏的厚度值，需要不斷地嘗試幾次來確定，因為模型是以線條為基礎而建立的，點雲的厚度直接影響到線的準確性，所以點的厚度不能太大，也不能太小。否則連線的過程中的線會出現點與點之間的距離過大，這樣所連出來的線也就不準確了。因此，點雲切片的厚度壹定要把握好，這需要技術人員多多練習，根據自己的經驗來填寫厚度（圖4.67、圖4.68）。
圖4.67 點厚度顯示圖
圖4.68 點間距離顯示圖
步驟7：切片完成後，點雲展現為薄薄的壹層。然後，點擊適配輪廓線（圖4.69）。它是巖石標本模型最精確的外輪廓線之壹。當進入俯視之後，我們可以用AutoCAD自帶的線進行連接，只是會比較慢。我們建議用 KUBIT Point Cloud 軟件的適配輪廓線命令（圖4.70）。
圖4.69 適配輪廓線圖
圖4.70 適配輪廓線選擇視圖
步驟8：點擊適配輪廓線命令，軟件會自動彈出對話窗口詢問是否轉化為頂視圖。
步驟9：點擊是，軟件會自動將視圖窗口轉化為對已切點雲輪廓線的頂視圖（圖4.71）。它可以更貼近地連接附近的點，並且保證所連接的線在壹個平面上。當點的距離大於所設定的距離時，該軟件命令會自動將線條貼過去（圖4.72）。
圖4.71 點雲輪廓線頂視圖
圖4.72 自動貼線顯示圖
步驟10：整體連接完成後，點擊向上移動切片，軟件會自動地將切片的位置向上移動到壹定的位置（圖4.73）。
圖4.73 切片操作視圖
步驟11：再點擊適配輪廓線命令，再連接出壹個輪廓來。
步驟12：重復上面的過程。對於壹個巖石標本的切片，最好保持在50個以上，只有這樣做出的模型，才能將巖石標本的表面輪廓真實地再現出來（圖4.74）。
步驟13：選擇根據點雲切片所畫出的巖石標本外輪廓，使用AutoCAD命令“放樣”進行模型建立（圖4.75）。
圖4.74 巖石標本輪廓線圖
圖4.75 巖石標本三維模型圖
步驟14：選定已經建好的3D模型，仔細翻轉檢查並進行碰撞檢測，檢測無誤後（關於碰撞檢測後面會有專門壹節進行講解），點擊鼠標右鍵，在彈出的菜單選項中選擇隔離（圖4.76）。
圖4.76 選擇隔離對象視圖
步驟15：在子選項裏選擇隱藏對象。
步驟16：重復以上切片過程，對點雲ZX、ZY面進行切片，分別建立三維模型。3個面的切片模型都建完後，我們就可以進行後續工作，進行模型的整體拼合。
4.1.3.5 點雲模型碰撞檢測
我們對點雲數據進行切片之後，需要根據每壹層的切片用實線畫出每壹層的外圍輪廓線，並在輪廓線的基礎上建立三維立體模型。按照理論我們建立的模型應該與點雲數據理想切合。但因點層與點層之間的距離，使模型與點雲數據之間存在實際誤差。
KUBIT Point Cloud軟件的碰撞檢測，可以很直觀地以視覺方式將誤差顯示出來，我們可以根據觀察結果，進行模型修改。
1）點擊KUBIT Point Cloud功能的碰撞檢測命令，首先選擇壹個或者多個AutoCAD 3D實體。
2）點擊“下壹步＞”按鈕，執行碰撞檢測（圖4.77）。執行這個命令，需要花費壹些時間，時間的長短取決於實體數量及復雜性和當前可見點數量。
圖4.77 適配輪廓線圖
3）在碰撞檢測時，妳可以指定碰撞點是否成集。成集的意思就是彼此接近的點結合到壹起（集群），距離遠的點通常不包含在集群中（圖4.78）。
圖4.78 碰撞檢測視圖
4）妳需要定義不同集群之間的最小距離（AutoCAD單位）。換句話說：如果兩個點的距離超過定義的最大距離，它們就屬於不同的集群。每個集群的結果保存在界面管理器的臨時界面（圖4.79）。
圖4.79 集群點顯示圖
5）集群數量的結果顯示出來後。如果妳需要更多的或更少的集群，可以改變集群距離重復操作。距離增加，集群減少，反之亦然。
集群數量的選擇，是否需要更多的集群或很少點的集群，由您的需求決定。因為點雲反映的是巖石標本表面點的集合，所以碰撞檢測的時候，點的數量越多，表示我們所建立的模型與實物相比越是準確，誤差越小。點的數量可在KUBIT Point Cloud選項的點雲管理器裏進行查看（圖4.80）。
圖4.80 點雲管理器視圖
4.1.3.6 模型整體拼合
在我們已經做出3個層面的模型之後，並完成了模型與點雲數據的切合度。通過模型整體拼合，可把3個層面的模型拼合在壹起。
每壹個層面的模型都有兩個面的平面，如XY平面的巖石標本模型，當時的切片是以XY平面為基準做的切片，這樣切出來的點雲拼成的線和模型肯定在XY平面的方向上，不能表達巖石標本的真實表面。ZX和ZY平面切片模型對巖石標本的表達比較完整。所以在理論上，拼接這兩個面的模型，可以表達巖石標本的外部輪廓。但是，3個面模型的擬合可以讓模型更貼近真實，因此建議用3個面的模型做拼接。
1）當模型拼接時，每次都是將前壹個層面模型進行了隱藏（圖4.81）。
圖4.81 選擇隔離對象菜單
2）當模型全部建立完成後，我們將建立的所有模型都顯示出來，進行拼接。現在我們在CAD界面點擊鼠標右鍵，在隔離選項選擇結束對象隔離。這樣我們以前所隱藏的巖石標本模型就全部顯示出來（圖4.82）。
圖4.82 選擇結束對象隔離菜單
3）選擇AutoCAD命令交集，在十字光變成選擇框後，選擇我們已經建立的3個巖石標本模型，並按空格執行命令（圖4.83）。
圖4.83 選擇交集視圖
這時生成的巖石標本模型，再經過碰撞檢測後，確認點雲數據與最後模型的碰撞點數到達要求後，就完成了巖石標本三維模型的制作工作。
4.1.3.7 模型進行渲染輸出
前面我們已經對點雲數據進行了加工，建立了以點雲數據為基礎的三維立體模型，進行碰撞檢測，確認了模型與實物整體大小的誤差滿足要求。
在模型的外圍輪廓到達要求後，需要利用 AutoCAD 本身的渲染功能，以及 KUBIT PhotoPlan軟件來進行渲染輸出。KUBIT PhotoPlan是AutoCAD裏面的壹個應用程序，能夠對照片進行糾正，進行攝影資料評定，以真實比例恢復舊地圖和平面圖。KUBIT PhotoPlan的校正結果是真實比例的照片平面，通過確切的集合信息鏈接現在的照片。
1）打開AutoCAD，並開啟AutoCAD菜單欄的KUBIT PhotoPlan軟件，然後導入需要修改的圖片（圖4.84）。
圖4.84 KUBIT PhotoPlan 軟件打開界面
2）使用“圖像→剪輯圖像”命令，完成圖像剪裁。註意在調用命令“剪輯圖像”之前，選擇任意多邊形虛線作為剪輯的分極限。圖像被剪輯的部分並沒有刪除，AutoCAD只是剪裁它們。如果用戶想在剪輯之後對圖像部分進行修改，只要通過標記邊界，並通過鼠標點擊和移動壹個角上的點可到想要的位置。只有被剪裁的圖像部分參與校正，剪輯完成的圖片將用於在AutoCAD中，對我們之前建立的模型進行渲染，使模型更形象具體。
3）首先在AutoCAD菜單，打開“渲染”材質編輯器，在材質編輯器裏將已經處理完的照片導入材質（圖4.85）。
圖4.85 地質標本照片
4）將所有照片都導入CAD材質當中，對每壹個面進行渲染，材質的渲染必須與實際相符合。即不斷地翻找照片，根據它們的外圍輪廓與模型進行對比，確認模型與照片的外圍輪廓完全相符後，再貼材質。
5）最後進行渲染，查看貼圖的效果與實際的差別進行亮度調節（圖4.86）。
圖4.86 亮度調節後的地質標本照片
6）至此整體模型的建立就完成了，最後將模型保存為我們需要的格式，例如FBX（圖4.87）。
圖4.87 保存三維模型文件視圖