利用FARO Laser Scanner Focus3D测量名古屋地下商场
向上凝视：令人吃惊的地面三维图像
爱知县丰田市爱知工业大学的 Eiji Nakamura 博士的研究小组在房间内展示有一张非常熟悉的 ESCA（与日本铁路名古屋站的东侧相连接的一个地下商场）的图像。乍一看，电脑屏幕上的 ESCA 扫描图像如同一张精心拍摄的照片。 然而，它实际上是利用 FARO Laser Scanner Focus3D 所获取的ESCA的彩色点云数据。在电脑上调整视角时，用户可以看到一层的电子零售商店并获取位于车站广场下面的ESCA的布局。Nakamura 博士告知：“在使用 Focus3D 的该项目中，与我们进行合作的 ESCA 人员第一眼看到描绘商场地下和地上场景的点云数据时就惊呆了。他说它看起来就像蚁巢！”
日本铁路名古屋站西侧的车站广场
日本铁路名古屋站西侧的车站广场
午夜在17个位置进行扫描
尽管名古屋不是日本最大的城市，但在地下购物商场的数量方面，它却是无与伦比的。其中一些地下购物商场将来可能被拆除，以便开发其他项目，例如建造中央新干线（一条连接东京、名古屋和大阪等主要城市的磁悬浮列车线路）。为了保留这段历史，Nakamura 博士想出了一个主意，使用点云数据来绘制和记录名古屋市的地下商场，以便永远地保存战后建造的这标志性的购物中心。为了实现这个史无前例的目标，Nakamura 博士向 ESCA（名古屋市的众多地下购物商场之一）的 Mamoru Narisawa 先生求助。Narisawa 先生同意参加该项目， 因为他希望这能够激发公众来这个地下商场购物的更大兴趣。当时，一家专门销售 “Geoverse” 点云浏览软件、开发软件套件(SDK)和数据处理的公司 Kimoto Co., Ltd. 也愿意为该团队提供免费帮助。爱知工业大学、ESCA 和 Kimoto 公司的这个实验项目就这样开始了。
该团队由联合研究员 Yoshiyuki Yamamoto 博士和另外五名硕士研究生组成。他们需要获取 ESCA 入口和出口附近的17个不同位置的扫描数据。该团队只能在下半夜工作，因为只有在这段时间内，扫描过程才不会被行人打断，所以扫描过程充满挑战。该团队用一晚上的时间来扫描一个位置，ESCA 帮助打开了通常在晚上关闭的防火卷帘门，以便Focus3D 能够获得整个商场的无遮挡的扫描数据。“除了整个地下商场外，我们还扫描了一层出口附近的街景区域，” Nakamura 博士解释说。“我们收集到的点云数据量约为0.5TB。”他们使用 FARO SCENE（随Focus3D一起提供的点云数据处理软件）来配准和定位所收集的扫描数据。该团队使用这款软件将各扫描结果整合到一个数据文件中。
深夜从地下购物商场的出口开始扫描
ESCA点云数据视图举例，该视图利用人工靶标来帮助进行扫描配准，以便
将多个扫描图像整合成一个图像
在爱知工业大学的4K投影仪上显示的ESCA的逼真图像
“一般情况下，在电脑上读取和查看数量如此大的点云数据是非常困难的，” Nakamura博士说。“然而，‘Geoverse’点云数据浏览器能够顺畅和轻松地查看扫描数据，” 他在地下和一层的视图之间自由地切换时补充说。
单套点云数据的多种用途
通过添加至地下商场的点云数据，该团队创建了供水、排水管道和检修孔的三维模型。因此，现在能够查看被埋在商场附近的，为这座城市的生存提供支持的公用事业管线。
Nakamura 博士进一步解释说，“当我们就该项目第一次同ESCA接洽时，我们建议使用这些数据来模拟内部设计和场地布置。然而，当我们真正看到扫描数据时，我们发现它具有截然不同的一系列优点。利用这些数据，我们能够更好地了解地下商场与地上结构的关系，它还能让我们创建该区域的横断面图。”
模型中清晰地显示了公用事业管线的位置关系
将街面和地下商场连在一起的三维图像
除了作为 ESCA 的促销辅助手段之外，点云数据还提高了对公用事业管线（例如通信网络、供水管线、排污管道、电气和气体管线等）以及它们为满足日常需求提供幕后支持方面所发挥的重要作用的认知度和意识度。而且，由于扫描数据可保留物体的绝对尺寸，所以ESCA还可以使用三维数据来高效地绘制施工图，从而获得了更多优势。
Nakamura博士说：“该项目的另一个优势是可将点云数据发布到公共网站上。该计划目的是在将点云数据发布到网站上之前，消除点云数据的噪音。我们期望有更多的人访问该网站并希望从不同的角度查看ESCA地下商场。人们对于该模型的兴趣可能变成亲临商场，从而帮助提高ESCA的知名度。”
目前，人们普遍不了解三维激光扫描仪和点云数据的能力和作用。然而，在看过ESCA的扫描点云数据之后，Narisawa先生要求再对商场的内部进行扫描。
当被问及将来的开发前景时，Nakamura博士说：“首先，我们必须向其他人证明三维激光扫描仪的能力。一旦该设备的优势变得更加明显，各种各样的三维数据使用方法将会以难以想像的方式获得发展和扩大。例如，在美国，城市基础设施的三维文件已经汇集了来自民众的意见，政府部门还将点云数据用于城市规划。如果日本也能这样做就太好了。”
从较深的地下视角所看到的ESCA的点云数据。地下结构展示是点云视图所独有的功能
利用Focus3D拓宽研究范围 – 建筑与土木工程
在2011年接触Focus3D之前，Nakamura博士一直在从事昆虫的复眼和多面眼的研究。当他接触到Focus3D后，这一切发生了改变。他的研究范围逐渐扩大，其中包括建筑和土木工程。
“当我的研究涉及到人脸的三维扫描时，我第一次引进 Focus3D，”Nakamura博士回忆说。“之所以选择 Focus3D，是因为它比其他设备更实惠。之后，我们的扫描范围就扩大到这所大学的道路和建筑物。ESCA地下商场的点云数据扫描项目正是扫描范围的进一步扩大。”
事实上，Nakamura博士曾经利用Focus3D 和一种被称为‘MMS’的车载移动测绘系统扫描了整个大学校园并收集了总共10TB的点云数据。
Nakamura博士最后说：“通过根据大约600个项目（包括检修孔、供水管线、电力/天然气和雨水管道，所有这些均被埋在地下）的图纸来创建三维模型，我们正在获取本大学内的各种设施的三维文件。我们还计划在学术和公共会议上展示小型的城市模型。”
爱知工业大学整个校园的点云数据
作者：
Ryota Ieiri，
Ieiri Laboratory Limited
关于爱知工业大学
爱知工业大学创立于1959年，由工程和工商管理系、信息科学系和研究生院组成。爱知工业大学在丰田市设有Yakusa校区，并在名古屋市设有Jiyugaoka 和 Motoyama校区。在2014年5月时，该大学登记在册的学生约有6,100人，其教学方针是“创意与人性化”。
URL: http://www.ait.ac.jp/
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