三维数据采集技术在工厂三维导览系统建模中的应用

摘 要： 采用三维数据采集技术，通过采集企业车间、产品的影像数据，获取建模尺寸，构建直观、形象的真三维数字车间、产品模型，通过优化模型数据，为企业的信息化系统提供数据支撑，以满足制造企业在设计、生产及管理等方面的应用，达到丰富企业对外宣传及展示、人员培训、优化设计、完善售后服务、支持制造业信息化共性前沿技术研究的目的。

关键词： 三维数据采集技术；数字化企业；三维建模；实景仿真

3D互联网，也被称成为Web3D，是一种立体的三维展示技术，是以计算机绘图技术在Web浏览器上展现3D的对象，是通过在浏览器中内嵌3D虚拟场景的手段。它在保证3D立体效果的同时，有效地降低对网络和硬件的要求，让互联网用户能够快速地体验3D带来的真实感受，并可让使用者直接操控，做出如旋转、移动、放大和缩小等动作[1]。

三维导览系统的基础是真三维还原的虚拟企业模型，可真实再现企业全貌，相较于普通单一的视频或者图片展示方式，人机互动更能给受众带去强烈的感官刺激及映像。而且，三维导览系统将视频、图片、音频等所有类型的宣传载体融合于一个有序的虚拟操作空间，较之单一宣传载体，更加丰富多元化。

1 三维数据采集技术

随着航空、航天技术和计算机数字图像处理技术的发展，摄影测量设备成本大幅度降低，数字摄影测量已经成为大规模、大区域测量的主要手段，经过相关数据处理之后能够提供丰富的地理空间信息资料。目前，该技术己被广泛地应用于国民经济的各个行业，在国民经济的建设发展中发挥着重要作用[2]。

建立三维导览系统是企业信息化的重要环节，而车间三维模型数据测量采集与制作是整个三维导览系统构建过程中的一部分，是三维导览系统研发运行的基础。而传统的人工方式在采集数据时，存在如下问题：（1）效率低下，耗时费力；（2）精度不高，难以满足生产管理的需要；（3）得到的数据管理组织困难；（4）数据兼容性差，造成数据利用率低下。

针对企业在三维建模过程中存在的问题，通过三维数据采集技术采集生产车间的影像数据，该技术效率高，人工少，尺寸精确。基于采集得到的尺寸数据进行模型的制作研究，建立真三维模型，进而构建三维数据库，能在三维导览系统框架平台下与其他数据集成，为工厂产品设计、生产加工、精细化管理提供基础数据。

基于三维数据采集技术研发的采集系统包括采集工具及图像测量软件。该系统采用CCD传感器作为信息获取工具获取真实场景的图片信息，然后采用近景摄影测量原理获取三维空间中的信息（如点的坐标、两点之间的距离以及点到直线的距离等）。

三维数据采集技术具备以下优势：

（1）获取的信息量大。由于尺寸的获取是通过解算相片得到的，因此理论上只要是相片上看得到的物体，就可以恢复出它的三维原貌。由于采用高分辨率和大视场的专用测量CCD相机，一次成相范围大，故每相对所包含的数据信息多。此外，由于是采用相片测量，还可以通过相片获得物体的颜色、状态、纹理等信息，这是传统方法不能相比的。

（2）现场工作时间短，干扰现场程度小。由于尺寸的贴片电感器测量是通过相片得到的，因此不需要在现场花费太多的时间，在现场所要做的工作仅仅是拍照。每套系统每天可获取几千平方米的工厂尺寸数据的图片信息。此外，系统设计成便携式，可以一人手持工作，可以因时因地工作，故无论是系统对现场工作的影响，还是现场对系统工作的制约都很少。

（3）可以现场量测和离现量测、再量测。当获得相片后，可以及时输入计算机，用相应的软件测量出所需要的数据信息。当然本系统的最大好处在于可以离现量测，可以让大量的工作在事后用计算机完成。当提交数据后，若对某些尺寸有怀疑，可以在相应的相片上再次测量，而无须再到现场。这在处理某些瞬时场景的工作上具有特别的意义。

（4）获取的尺寸精度高。由于采用了相当成熟的立体摄影测量技术，配合计算机解析测图技术和选取专业的高分辨率的测量相机，因此所获取的尺寸精度高。

目前该系统多应用于数字城市、航空领域等，用于制造业领域较少，因此要针对制造业特点进行改进。从采集模式上，可通过尺寸的重新设计找到最适合车间环境的设备尺寸，以满足测量环境改变的需要。从数据处理上，可通过继续升级数据测量处理软件来提高数据处理的效率。通过这两项的改进，可极大提高数据采集的效率，使本系统比传统方式占据更大的优势。

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