向上凝視：令人吃驚的地面三維圖像

愛(ài)知縣豐田市愛(ài)知工業(yè)大學(xué)的 Eiji Nakamura 博士的研究小組在房間內(nèi)展示有一張非常熟悉的 ESCA（與日本鐵路名古屋站的東側(cè)相連接的一個(gè)地下商場(chǎng)）的圖像。乍一看，電腦屏幕上的 ESCA 掃描圖像如同一張精心拍攝的照片艘蹋。 然而，它實(shí)際上是利用 FARO Laser Scanner Focus^3D 所獲取的ESCA的彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)票灰。在電腦上調(diào)整視角時(shí)女阀，用戶(hù)可以看到一層的電子零售商店并獲取位于車(chē)站廣場(chǎng)下面的ESCA的布局。Nakamura 博士告知：“在使用 Focus^3D 的該項(xiàng)目中屑迂，與我們進(jìn)行合作的 ESCA 人員第一眼看到描繪商場(chǎng)地下和地上場(chǎng)景的點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)就驚呆了浸策。他說(shuō)它看起來(lái)就像蟻巢！”

日本鐵路名古屋站西側(cè)的車(chē)站廣場(chǎng)

 

日本鐵路名古屋站西側(cè)的車(chē)站廣場(chǎng)

午夜在17個(gè)位置進(jìn)行掃描

盡管名古屋不是日本最大的城市惹盼，但在地下購(gòu)物商場(chǎng)的數(shù)量方面庸汗，它卻是無(wú)與倫比的。其中一些地下購(gòu)物商場(chǎng)將來(lái)可能被拆除诅鹰，以便開(kāi)發(fā)其他項(xiàng)目也隧，例如建造中央新干線（一條連接?xùn)|京、名古屋和大阪等主要城市的磁懸浮列車(chē)線路）笋骡。為了保留這段歷史絮商，Nakamura 博士想出了一個(gè)主意邢窜，使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)繪制和記錄名古屋市的地下商場(chǎng)，以便永遠(yuǎn)地保存戰(zhàn)后建造的這標(biāo)志性的購(gòu)物中心铆韭。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)史無(wú)前例的目標(biāo)丘隙，Nakamura 博士向 ESCA（名古屋市的眾多地下購(gòu)物商場(chǎng)之一）的 Mamoru Narisawa 先生求助。Narisawa 先生同意參加該項(xiàng)目菜涯， 因?yàn)樗Ｍ@能夠激發(fā)公眾來(lái)這個(gè)地下商場(chǎng)購(gòu)物的更大興趣妻行。當(dāng)時(shí)，一家專(zhuān)門(mén)銷(xiāo)售 “Geoverse” 點(diǎn)云瀏覽軟件按任、開(kāi)發(fā)軟件套件(SDK)和數(shù)據(jù)處理的公司 Kimoto Co., Ltd. 也愿意為該團(tuán)隊(duì)提供免費(fèi)幫助汉疮。愛(ài)知工業(yè)大學(xué)、ESCA 和 Kimoto 公司的這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就這樣開(kāi)始了杠滓。

該團(tuán)隊(duì)由聯(lián)合研究員 Yoshiyuki Yamamoto 博士和另外五名碩士研究生組成丛剿。他們需要獲取 ESCA 入口和出口附近的17個(gè)不同位置的掃描數(shù)據(jù)。該團(tuán)隊(duì)只能在下半夜工作臊岸，因?yàn)橹挥性谶@段時(shí)間內(nèi)橙数，掃描過(guò)程才不會(huì)被行人打斷，所以掃描過(guò)程充滿(mǎn)挑戰(zhàn)帅戒。該團(tuán)隊(duì)用一晚上的時(shí)間來(lái)掃描一個(gè)位置灯帮，ESCA 幫助打開(kāi)了通常在晚上關(guān)閉的防火卷簾門(mén)，以便Focus^3D 能夠獲得整個(gè)商場(chǎng)的無(wú)遮擋的掃描數(shù)據(jù)逻住≈痈纾“除了整個(gè)地下商場(chǎng)外，我們還掃描了一層出口附近的街景區(qū)域瞎访，” Nakamura 博士解釋說(shuō)腻贰。“我們收集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量約為0.5TB扒秸〔パ荩”他們使用 FARO SCENE（隨Focus^3D一起提供的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件）來(lái)配準(zhǔn)和定位所收集的掃描數(shù)據(jù)。該團(tuán)隊(duì)使用這款軟件將各掃描結(jié)果整合到一個(gè)數(shù)據(jù)文件中伴奥。

深夜從地下購(gòu)物商場(chǎng)的出口開(kāi)始掃描

ESCA點(diǎn)云數(shù)據(jù)視圖舉例写烤，該視圖利用人工靶標(biāo)來(lái)幫助進(jìn)行掃描配準(zhǔn)，以便
將多個(gè)掃描圖像整合成一個(gè)圖像

 

在愛(ài)知工業(yè)大學(xué)的4K投影儀上顯示的ESCA的逼真圖像

“一般情況下颂睛，在電腦上讀取和查看數(shù)量如此大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是非常困難的培车，” Nakamura博士說(shuō)∈尾猓“然而唬研，‘Geoverse’點(diǎn)云數(shù)據(jù)瀏覽器能夠順暢和輕松地查看掃描數(shù)據(jù)，” 他在地下和一層的視圖之間自由地切換時(shí)補(bǔ)充說(shuō)靡庵。

單套點(diǎn)云數(shù)據(jù)的多種用途

通過(guò)添加至地下商場(chǎng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)尼削，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了供水虎内、排水管道和檢修孔的三維模型。因此静瞄，現(xiàn)在能夠查看被埋在商場(chǎng)附近的诅挖，為這座城市的生存提供支持的公用事業(yè)管線。
Nakamura 博士進(jìn)一步解釋說(shuō)蓄惫，“當(dāng)我們就該項(xiàng)目第一次同ESCA接洽時(shí)虚烂，我們建議使用這些數(shù)據(jù)來(lái)模擬內(nèi)部設(shè)計(jì)和場(chǎng)地布置。然而萨驶，當(dāng)我們真正看到掃描數(shù)據(jù)時(shí)歉摧，我們發(fā)現(xiàn)它具有截然不同的一系列優(yōu)點(diǎn)。利用這些數(shù)據(jù)腔呜，我們能夠更好地了解地下商場(chǎng)與地上結(jié)構(gòu)的關(guān)系叁温，它還能讓我們創(chuàng)建該區(qū)域的橫斷面圖『顺耄”

模型中清晰地顯示了公用事業(yè)管線的位置關(guān)系


 

將街面和地下商場(chǎng)連在一起的三維圖像

除了作為 ESCA 的促銷(xiāo)輔助手段之外膝但，點(diǎn)云數(shù)據(jù)還提高了對(duì)公用事業(yè)管線（例如通信網(wǎng)絡(luò)、供水管線谤草、排污管道跟束、電氣和氣體管線等）以及它們?yōu)闈M(mǎn)足日常需求提供幕后支持方面所發(fā)揮的重要作用的認(rèn)知度和意識(shí)度。而且丑孩，由于掃描數(shù)據(jù)可保留物體的絕對(duì)尺寸冀宴，所以ESCA還可以使用三維數(shù)據(jù)來(lái)高效地繪制施工圖，從而獲得了更多優(yōu)勢(shì)嚎杨。

Nakamura博士說(shuō)：“該項(xiàng)目的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可將點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)布到公共網(wǎng)站上花鹅。該計(jì)劃目的是在將點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)站上之前氧腰，消除點(diǎn)云數(shù)據(jù)的噪音枫浙。我們期望有更多的人訪問(wèn)該網(wǎng)站并希望從不同的角度查看ESCA地下商場(chǎng)。人們對(duì)于該模型的興趣可能變成親臨商場(chǎng)三钦，從而幫助提高ESCA的知名度尼缨。”

目前做堂，人們普遍不了解三維激光掃描儀和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的能力和作用综货。然而，在看過(guò)ESCA的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后虽趋，Narisawa先生要求再對(duì)商場(chǎng)的內(nèi)部進(jìn)行掃描螃势。

當(dāng)被問(wèn)及將來(lái)的開(kāi)發(fā)前景時(shí)，Nakamura博士說(shuō)：“首先俱猪，我們必須向其他人證明三維激光掃描儀的能力距档。一旦該設(shè)備的優(yōu)勢(shì)變得更加明顯氧液，各種各樣的三維數(shù)據(jù)使用方法將會(huì)以難以想像的方式獲得發(fā)展和擴(kuò)大。例如囱悴，在美國(guó)沧仿，城市基礎(chǔ)設(shè)施的三維文件已經(jīng)匯集了來(lái)自民眾的意見(jiàn)，政府部門(mén)還將點(diǎn)云數(shù)據(jù)用于城市規(guī)劃甫题。如果日本也能這樣做就太好了馁筐。”

從較深的地下視角所看到的ESCA的點(diǎn)云數(shù)據(jù)坠非。地下結(jié)構(gòu)展示是點(diǎn)云視圖所獨(dú)有的功能

利用Focus3D拓寬研究范圍 – 建筑與土木工程

在2011年接觸Focus^3D之前敏沉，Nakamura博士一直在從事昆蟲(chóng)的復(fù)眼和多面眼的研究。當(dāng)他接觸到Focus^3D后炎码，這一切發(fā)生了改變赦抖。他的研究范圍逐漸擴(kuò)大，其中包括建筑和土木工程辅肾。

“當(dāng)我的研究涉及到人臉的三維掃描時(shí)队萤，我第一次引進(jìn) Focus^3D，”Nakamura博士回憶說(shuō)矫钓∫“之所以選擇 Focus^3D，是因?yàn)樗绕渌O(shè)備更實(shí)惠新娜。之后赵辕，我們的掃描范圍就擴(kuò)大到這所大學(xué)的道路和建筑物。ESCA地下商場(chǎng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描項(xiàng)目正是掃描范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大娶停”煜疲”

事實(shí)上，Nakamura博士曾經(jīng)利用Focus^3D 和一種被稱(chēng)為‘MMS’的車(chē)載移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)掃描了整個(gè)大學(xué)校園并收集了總共10TB的點(diǎn)云數(shù)據(jù)肄慨。

Nakamura博士最后說(shuō)：“通過(guò)根據(jù)大約600個(gè)項(xiàng)目（包括檢修孔既倾、供水管線、電力/天然氣和雨水管道寨铸，所有這些均被埋在地下）的圖紙來(lái)創(chuàng)建三維模型队屋，我們正在獲取本大學(xué)內(nèi)的各種設(shè)施的三維文件。我們還計(jì)劃在學(xué)術(shù)和公共會(huì)議上展示小型的城市模型妖啸÷咽郑”

愛(ài)知工業(yè)大學(xué)整個(gè)校園的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

作者：
Ryota Ieiri，
Ieiri Laboratory Limited

關(guān)于愛(ài)知工業(yè)大學(xué)

愛(ài)知工業(yè)大學(xué)創(chuàng)立于1959年高坚，由工程和工商管理系诫列、信息科學(xué)系和研究生院組成。愛(ài)知工業(yè)大學(xué)在豐田市設(shè)有Yakusa校區(qū)，并在名古屋市設(shè)有Jiyugaoka 和 Motoyama校區(qū)剂东。在2014年5月時(shí)诈火，該大學(xué)登記在冊(cè)的學(xué)生約有6,100人，其教學(xué)方針是“創(chuàng)意與人性化”状答。
URL: http://www.ait.ac.jp/

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