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大空間三維掃描儀應(yīng)用案例－－馬來西亞沙撈越州尼亞洞穴科考之旅

大空間三維掃描儀應(yīng)用案例－－馬來西亞沙撈越州尼亞洞穴科考之旅

2012年04月20日

在溫暖潮濕的周一早晨，我們出發(fā)去尼亞洞穴，這個(gè)洞穴位于馬來西亞東部的沙撈越州。來自三個(gè)不同大洲的幾所高等院校的學(xué)者參與這次旅行。此次研究之旅有幾個(gè)明確的目的：研究洞穴的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，研究洞穴內(nèi)生物的生態(tài)狀況以及收集三維測量信息以用于建立尼亞大洞模型。

科考隊(duì)在尼亞國家公園總部

Manfred F. Buchroithner教授（德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)）、Biswajeet Pradhan 教授（馬來西亞博特拉大學(xué)）、Donald A. McFarlane教授（美國克萊蒙特學(xué)院）、Joyce Lundberg副教授（加拿大卡爾頓大學(xué)）和公園主管Haidar Ali 先生（尼亞國家公園管理處）一起參加這個(gè)項(xiàng)目，從各個(gè)方面探索這片非凡的地貌。加入這一科考隊(duì)的還有FARO亞太區(qū)的市場營銷主管Beng Chieh Quah和應(yīng)用工程師Anthony Lur。行程確定后，Buchroithner教授邀請F(tuán)ARO亞太區(qū)加入此次科考之旅，并提供三維測量方面的技術(shù)和設(shè)備支持。 FARO是一家全球性的科技公司，開發(fā)和銷售計(jì)算機(jī)輔助的三維坐標(biāo)測量設(shè)備和軟件。 FARO以其能夠進(jìn)行高精度三維測量和文件記錄的便攜設(shè)備而聞名，是本次任務(wù)的最佳合作對象。Buchroithner教授表示：“我以前與FARO合作過，他們的產(chǎn)品所具備的先進(jìn)功能給我留下了非常深刻的印象。我相信在這次研究中，F(xiàn)ARO激光掃描儀將滿足我們的具體需求�！�

■ 尼亞洞穴簡介
尼亞國家公園坐落于尼亞河邊，在美里（Miri）西南約110公里處，是一處國家古跡。雖然尼亞國家公園是位于沙撈越州的規(guī)模較小的國家公園之一，但其重要性并不體現(xiàn)在它的大小，而是體現(xiàn)在其所具有的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。公園內(nèi)有東南亞最古老的人類遺骸以及史前人類的文物，這是該地區(qū)最早的文明跡象。在知名的彩繪洞穴中，考古學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了一塊墓地，墓穴的墻上繪有紅色的人物形象。
目前尼亞大洞中只有蝙蝠、金絲燕和其他適應(yīng)了此環(huán)境的生物。這些生物對當(dāng)?shù)厝司哂形�，人們長途跋涉到洞里收集蝙蝠糞便和燕窩來出售。該洞穴高60多米，寬250米，實(shí)際上是一個(gè)大的洞室，有許多相互連接的地道，室內(nèi)有高大的用竹子搭建的原始建筑物，當(dāng)?shù)厝舜罱ㄟ@種建筑物以獲取洞頂?shù)难喔C。洞穴深處，空氣靜止，漆黑一片。


當(dāng)?shù)厝藶槭占喔C而搭建的建筑物

■ 進(jìn)入尼亞洞穴
從美里驅(qū)車兩小時(shí)到達(dá)尼亞國家公園總部，這里是這支7人隊(duì)伍準(zhǔn)備出發(fā)的大本營。從大本營出發(fā)，渡過一條小河，再步行3公里，就可以到達(dá)大洞入口。丘陵地形，植被茂盛，道路蜿蜒曲折，這是一次艱難的跋涉。幸好FARO激光掃描儀Focus3D的重量不超過5公斤，而且不需要額外的筆記本電腦、大型電池組或數(shù)碼單反相機(jī)來捕獲數(shù)據(jù)。所以這部掃描儀的便攜性對我們科考隊(duì)來說確實(shí)是一件好事。
■ 開始激光掃描
科考隊(duì)抵達(dá)目的地之后就開始勘測工作。FARO工作人員在各個(gè)需要掃描的地方從學(xué)術(shù)專業(yè)角度幫助部署掃描儀。各教授曾經(jīng)都有過使用勘測儀器的經(jīng)驗(yàn)，剛開始他們都表示過擔(dān)憂，包括掃描儀的電池續(xù)航時(shí)間、可掃描的距離、掃描結(jié)果的分辨率和每次掃描的速度等方面。Buchroithner教授說：“我們以往的經(jīng)驗(yàn)使我們深知此次勘測中可能會出現(xiàn)的問題，雖然這次的掃描要求很高，但有了Focus3D，我們根本不用擔(dān)心�！�
由于這種環(huán)境條件，科考隊(duì)遇到了與山洞固有性質(zhì)有關(guān)的一些困難。成員感興趣的需要掃描的地方范圍很寬而且不平坦，洞穴上面有很多大洞，地面和洞壁上有大型的溝壑。而且，光照很弱，有多層蝙蝠糞便的地面柔軟不穩(wěn)，這種情況下，掃描設(shè)備需要達(dá)到其能力的極限。但面對這樣的條件，F(xiàn)ocus3D仍然能比較輕松地應(yīng)對。

前往尼亞掃描地點(diǎn)的路上


小巧便攜的FARO激光掃描儀Focus3D無需其它設(shè)備

為確保數(shù)據(jù)完整，需要進(jìn)行多次掃描。這是因?yàn)榛璋档恼彰鳁l件造成視線不佳，并且受到地形限制，掃描距離大幅縮短。盡管條件不利，F(xiàn)ocus3D 仍然能夠在幾乎完全黑暗的情況下對很深的頂部洞穴進(jìn)行準(zhǔn)確掃描。有機(jī)載計(jì)算機(jī)和測斜儀，每次設(shè)置都很迅速，從而使得每次預(yù)覽掃描和實(shí)際掃描都能在15分鐘內(nèi)完成。掃描儀的高效率和準(zhǔn)確性使科考隊(duì)最終在比預(yù)期短得多的時(shí)間內(nèi)完成對計(jì)劃目標(biāo)的掃描。


從洞內(nèi)看洞穴入口

從洞穴入口看洞內(nèi)

大空間三維掃描儀應(yīng)用案例－－
（右邊）用Focus3D掃描白色參考范圍，用于數(shù)據(jù)對齊（左邊）設(shè)置激光掃描儀

科考結(jié)束時(shí)，F(xiàn)ocus3D成功針對所需部分制作了洞穴系統(tǒng)詳細(xì)的三維圖像掃描，包括大洞中蝙蝠和金絲燕棲息的各個(gè)地點(diǎn)。教授們對Focus3D的掃描結(jié)果非常滿意，掃描儀捕獲的細(xì)節(jié)數(shù)量超過他們最初的期望。實(shí)際上，教授們和公園管理處正計(jì)劃用掃描報(bào)告在公園網(wǎng)站上開發(fā)虛擬旅游。


第1天獲得的三維灰色掃描樣本

每位教授都表示，F(xiàn)ocus3D將會繼續(xù)在他們的研究活動(dòng)中用作重要的工具，在他們各自的研究領(lǐng)域助一臂之力。Buchroithner教授說：“Focus3D使我們這次科考之旅收集了有用的數(shù)據(jù)，我們都承認(rèn)Focus3D將會成為強(qiáng)大的工具。有了這一選擇，我們非常愿意再次使用FARO的產(chǎn)品。記錄用于今后分析和使用的三維測量數(shù)據(jù)的能力恰恰是該科考隊(duì)所需要的。Focus3D真正為一次成功的科考之旅帶來了理想的結(jié)果。


第2天獲得的三維灰色掃描樣本

■ FARO介紹
質(zhì)量保證過程中進(jìn)行高精度的三維測量以及零部件和復(fù)合構(gòu)造的比較。公司設(shè)備廣泛應(yīng)用于檢測、成像、逆向工程、生產(chǎn)規(guī)劃、庫存和竣工文件、現(xiàn)場勘察以及事故現(xiàn)場或犯罪現(xiàn)場的調(diào)查和重建。
在 FARO 的支持下，我們的客戶無需擔(dān)憂其三維測量和文件編制的需求。作為便攜式計(jì)算機(jī)輔助測量的先驅(qū)和市場領(lǐng)導(dǎo)者，我們持續(xù)不斷地應(yīng)用最新科技進(jìn)展，使我們處于行業(yè)領(lǐng)先地位的產(chǎn)品更精確、可靠且便于使用。我們致力于通過工具的使用簡化客戶工作，使客戶能夠大幅減少現(xiàn)場測量時(shí)間并降低總成本。
全球大約有 13000名客戶正在使用著 26000多套 FARO 系統(tǒng)。公司全球總部位于佛羅里達(dá)州瑪麗湖，歐洲總部位于德國斯圖加特，亞太區(qū)總部位于新加坡。FARO 在日本、中國、印度、韓國、泰國、馬來西亞、越南、加拿大、墨西哥、英國、法國、西班牙、意大利、波蘭以及荷蘭均設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。

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