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    手持式三维扫描仪使用说明书

    1.界面
    1.1简介
    ScanLine扫描软件的界面很简洁,所有操作分别位于“通用”、“扫描”、“显示”三个工具栏中。通用工具栏包含文件操作和点云输出功能,扫描工具栏包含与扫描和摄影测量相关的功能,显示工具栏包含显示控制功能。
    1.2顶部工具条
    软件的标题栏中有一个顶部工具条,里面可以放置一些最常用的操作。用户可以定制顶部工具条中的内容,点击工具条右端的小三角形按钮,会弹出一个下拉菜单。点击“更多命令...”,即可实现定制。另外,点击“最小化功能区”,则可以自动隐藏工具栏。另外还有两种自动隐藏工具栏的方法,一种是在工具栏的空白区域点击右键,从弹出菜单中选择“最小化功能区”,另一种是双击工具栏的标签,后者比较简便,推荐使用。
    1.3状态栏
    状态栏的左侧显示提示和反馈信息,右侧则显示扫描场景的一些基本统计数据。
    1.4监视和输出窗口
    监视窗口位于左下方,用于输出详细的提示和反馈信息,输出窗口位于右下方,暂时未被使用。“面”:后面为扫描片统计信息。以“面:4(0|4|3|2)”为例,它表示扫描场景中有4个扫描片,其中0个标志点扫描片,4个点云扫描片,有3个扫描片被选择,其中号扫描片为2当前扫描片。““点”:后面为点云统计信息。以“点:619258(123887)”为例,它表示扫描场景中共有619268个点,其中当前扫描片有123887个点。“标”:后面为标志点统计信息。以“标:13(2|0)”为例,它表示扫描场景中共有13个标志点,其中有2个标志点不可见,0个标志点被选择。
    2.文件操作
    文件操作位于通用工具栏中。
    2.1文件面板
    文件面板中的“新建”、“打开”、“保存”和“另存为”按钮与一般的软件相同。勾选“精简”复选框时,文件以精简模式保存,精简模式文件的尺寸只有正常文件的1/3,但是打开会比较慢,建议一般情况下不要勾选。若要改变文件的保存模式,只需打开文件,更改“精简”复选框的状态,再保存文件即可。
    2.2点云面板
    点云面板用于输出点云和标志点
    勾选“原生”复选框,则以内部格式.pnt输出点云,该格式同时包含标志点,可用于后期装配。若勾选“仅标志”,则仅输出标志点,不输出点云。不勾选“原生”复选框,则以通用格式输出点云,支持的格式包括.xyz、.vtx和.ply,在右下方的下拉框中选择。勾选“法线”复选框,则输出的点云带有法线,法线数据会增加文件体积。法线可以在逆向工程软件中计算得到,一般不要输出。勾选“挖孔”复选框,则可以清除标志点附近的点。清除的直径在左下方的下拉框中选择,也可以直接输入数值,单位为毫米。设置好上述选项后,点击“导出”按钮,即可输出点云。只有当前可见的扫描片才会被输出,另外,若勾选“消杂点”,则杂点不被输出,否则输出杂点。默认的输出目录为软件安装目录下的output子目录。
    2.3视图面板
    视图面板用于控制监视窗口、输出窗口和状态栏的显示和隐藏
    3.3D视图操作
    3.1旋转、平移和缩放
    旋转、平移和缩放是基本的3D视图操作,通过鼠标+辅助键来实现。普通旋转:类似摇头和点头,通过按下Alt键的同时拖动鼠标左键来实现。轴心旋转:类似于转动方向盘,通过按下Ctrl键的同时拖动鼠标左键来实现。平移:通过按下Alt键的同时拖动鼠标右键来实现。缩放:通过按下Ctrl键的同时拖动鼠标右键来实现。滚轮缩放:通过按下Shift键的同时滚动鼠标滚轮来实现,向上滚动为放大,向下滚动为缩小。
    3.2特写缩放
    特写缩放用于对扫描场景的局部区域进行特写查看,操作方法为同时按下Ctrl键和Alt键,然后对感兴趣的区域拉框。正向拉框,也即从左上角到右下角为放大,反之为缩小。
    4.扫描
    4.1扫描面板
    扫描面板位于扫描工具栏中,用于控制手持式三维扫描仪进行扫描。点击“扫描”按钮或按下扫描仪左上角的按键则开始扫描,再次点击“扫描”按钮或松开三维扫描仪按键则停止扫描。扫描仪有两种工作方式 —— 标志点扫描方式和点云扫描方式。前者仅扫描标志点,后者不仅扫描标志点也扫描点云。勾选“仅标志”复选框,则以标志点扫描方式工作,否则以点云扫描方式工作。勾选“后对齐”复选框,则在扫描结束后再次对齐扫描片。当扫描大型物体时,由于标志点较多,初始定位容易发生错误,使用后对齐可以在扫描结束后重新找准定位。
    勾选“监视”复选框,则扫描时会在监视窗口输出反馈信息。勾选“去噪点”复选框,则可以减少扫描过程中产生的噪点。去噪点的强度在下方的下拉框中选择,强度越高,则扫描结果越干净,但也越容易丢失小细节,一般用默认的强度即可。“删除”按钮用于删除被选择的扫描片,关于扫描片的选择和删除,详见“选择/删除”。
    4.2扫描片
    一次扫描所获得的数据称为一个扫描片,扫描片分为两种 —— 标志点扫描片和点云扫描片,分别由相应的扫描方式得到。标志点扫描片仅有标志点数据,没有点云数据,它仅显示扫描仪工作过程中的轨迹线。点云扫描片既有标志点数据,也有点云数据,它除了显示轨迹线之外,还显示点云。标志点扫描片的轨迹线显示为虚线,点云扫描片的轨迹线显示为实线。扫描片按照时间先后顺序编号,从0开始计数。
    4.3标志点
    标志点显示为球体,被标志点扫描片覆盖的标志点为可见标志点,否则为不可见标志点。前者显示为紫色,后者显示为黄色。
    5.选择/删除
    5.1扫描片
    点击扫描片的任意部位,即可选择该扫描片,拉框可一次选择多个扫描片。选择的时候按住Shift键,则可实现乒乓选择。被选择的扫描片会在轨迹线的两端显示箭头,箭头的方向代表扫描仪起始和终止扫描时的朝向。被选择的扫描片可以有多个,但只有其中一个为当前扫描片。当前扫描片的轨迹线会加粗显示,且轨迹线两端的箭头更大。滚动鼠标的滚轮,即可在被选择的扫描片中轮流切换当前扫描片。要删除被选择的扫描片,点击扫描工具栏->扫描面板中的“删除”按钮即可,也可以按键盘上的Del键。注意,被删除的扫描片不可恢复。扫描片的选择信息在状态栏的右侧显示,详见“界面”一节的“状态栏”。
    5.2标志点
    同时按下Shift+Alt键,点击或拉框即可选择标志点。正向拉框是添加选择,反向拉框是取消选择。被选择的标志点会显示包围框。要删除被选择的标志点,点击扫描工具栏->标志点面板中的“删除”按钮即可,也可以按键盘的Ctrl+Del键。注意,被删除的标志点不可恢复。标志点的选择信息在状态栏的右侧显示,详见“界面”一节的“状态栏”。
    6.标杆
    标杆为摄影测量提供长度基准,与之相关的功能位于扫描工具栏的标杆面板中。
    6.1添加、删除和编辑
    由两个标志点可以定义一根标杆。要添加、删除和编辑标杆,选择该标杆的两个标志点,点击相应按钮即可。长度值在右下方的下拉框中选择,亦可直接输入数值,单位为毫米。
    6.2显示
    勾选“标杆”复选框,则显示标杆,否则不显示。勾选“长度”复选框,则在标杆的一端显示三个数值,从左至右依次为标称长度、测量长度和两者的偏差,单位为毫米。为了便于查看,上述三个数值的显示角度可作调整。选择标杆的两个标志点,按住Ctrl键,滚动鼠标的滚轮即可。
    7.摄影测量/优化
    标志点优化和点云优化功能位于扫描工具栏的摄影测量面板中。
    7.1摄影测量
    用摄影测量优化标志点,可以消除扫描过程中的累积误差,使整体精度得到保证。摄影测量还同时得到扫描仪的内部参数,实现扫描仪的自校准,自校准的结果可用于点云优化。
    软件内置的摄影测量为双相机摄影测量。与现有的单相机摄影测量不同,双相机可以自动区分和定位标志点,因此无需编码标志点,也就是说,双相机摄影测量使用普通标志点即可工作。
    7.2标志点优化
    点击摄影测量面板内的“标志点”按钮,或者按键盘的“G”键,即可进行标志点优化。标志点优化有两种模式,即统一模式和分离模式。在统一模式中,标志点扫描片和点云扫描片不加区分,均被采用,而分离模式仅使用标志点扫描片。勾选“统一”复选框,则为统一模式,否则为分离模式。统一模式一般用于小件物体的快速扫描。对于小物体,可以省去标志点扫描步骤,直接扫描点云,然后用统一模式优化标志点,最后优化点云。对于大型物体,一般先扫描标志点,扫描完所有的标志点后,再扫描点云。点云扫描完毕后,用分离模式优化标志点,最后优化点云。当然,标志点优化也可以提前到点云扫描之前进行。注意,在分离模式中,所有的标志点都必须可见,也即被标志点扫描片所覆盖,否则无法进行优化。用摄影测量优化标志点时的一个重要参数是相机位置数,在左下方的下拉框中选择。为了得到可靠的计算结果,相机位置数要随着标志点数目的增加而增加。对于小型物体,一般选128或256;中型物体一般选256或512;大型物体一般选512或1024。相机位置数每翻一倍,则计算时间大致x4,内存消耗大致x3。如果相机位置数过少,则可能使部分标志点的可见数过小,导致优化失败。这时软件会提示一些标志点的可见数过小,并自动选择它们。如果它们是伪标志点,即软件误识别的,实际不存在的标志点,则直接删除即可。如果不是,则需增加相机位置数重试。标志点优化结束后,会在监视窗口显示优化后的误差信息。迭代数为优化的迭代次数,初误差为优化前的误差,其后为每次迭代后的误差。每迭代一次,整体误差都会减少,当误差减少的数值很小时,优化结束。
    7.3点云优化
    点击摄影测量面板内的“扫描”按钮,或者按键盘的“O”键,即可进行点云优化。
    上面提到,在用摄影测量优化标志点时,可以同时得到扫描仪的内部参数,即自校准。自校准结果可用于点云优化,以消除分层,提高整体精度。点云优化有两种模式,即稳定模式和时变模式。稳定模式:认为扫描仪在扫描过程中是稳定的,即内部参数没有发生变化,因此优化时使用标志点优化时得到的校准结果。时变模式:认为扫描仪在扫描过程中不稳定,即内部参数随时间发生了变化,因此对每个扫描片都使用摄影测量重新计算内部参数。时变模式由于对每个扫描片都要进行一次摄影测量计算,因此要消耗更多的时间。计算时使用的相机位置数在右下方的下拉框中选择。一般选128或256即可,只有当扫描片很大时,才需要选择512。一般情况下,一次扫描工作往往在短时间内完成,比如一天、几个小时甚至更短。在这么短的时间内,可以认为扫描仪是稳定的。因此一般情况下建议使用稳定模式,即勾选“稳定”复选框。如果使用时变模式,反而会导致计算结果的精度和可靠性降低。点云优化结束后,会在监视窗口显示每个扫描片的优化误差、统计误差和建议信息。每个扫描片一行,显示优化后误差的均值和方差。统计行显示所有扫描片误差均值的平均值和方差,偏离统计均值太大的扫描片为待清理扫描片。待清理扫描片会被自动选择,可以点击优化扫描按钮来清理它们,也可以直接删除它们。如果没有待清理的扫描片,则误差最大的扫描片会被自动选择,用户可自行分析该扫描片的误差,决定存留。
    7.4误差分析
    优化后的标志点,可以通过色标来显示其投影误差和优化时的可见数,勾选相应的复选框即可。投影误差是在图像空间内衡量的,单位为像素。所谓可见数,是指在多少个相机位置中可见。可见数越高,则精度和可靠性也越高。增加相机位置数,可提高所有标志点的可见数。在开启误差分析或可见数分析时,按住Alt键滚动滚轮,可以改变色码表的尺度范围。
    8.绑定框架
    绑定功能位于扫描工具栏的标志点面板中。
    所谓绑定框架,即指绑定导入的标志点。该功能用于大型物体的分块扫描。对于大型物体(2米以上),标志点和点云的数据量都变得很大,若在单一文件内完成扫描,则会消耗大量的系统资源,降低扫描效率。另外,物体尺寸过大时,仅靠内置的摄影测量亦难保证整体精度。一种既能提高效率又能保证整体精度的方法就是分块扫描。首先,以较大间隔贴大号标志贴,覆盖整个物体表面,呈稀疏分布,构成整体框架;用传统的单相机摄影测量得到上述标志贴的高精度坐标;以正常间隔贴普通标志贴,划分物体表面为若干区块,每个区块单独扫描,可以并行;对每个区块的扫描文件,绑定前面得到的整体框架,优化后输出点云;在逆向工程软件中导入所有区块的点云,直接合并,由于它们的绝对坐标系相同,因此无需对齐。
    8.1绑定框架
    点击标志点面板中的“绑定”按钮,在弹出的文件对话框中选择要绑定的标志点文件(.pnt)即可。绑定成功后,被绑定的标志点显示为灰色,表示该标志点属于框架,不可改变位置。
    8.2解除绑定
    点击标志点面板中的“剥离”按钮,即可解除绑定。解除绑定后,属于外部框架的标志点消失,仅本地的标志点保留下来,且不再显示为灰色。
    9.显示
    显示工具栏包含隐藏面板、视野面板、显示面板和性能面板。
    9.1隐藏面板
    隐藏面板用于隐藏/显示扫描片。点击“隐藏”按钮,或按“H”键,则隐藏/显示被选择的扫描片。点击“全部”按钮,或按“U”键,则在仅显示被选择的扫描片、隐藏所有扫描片和显示所有扫描片三个状态之间轮流切换。被隐藏的扫描片点云不可见,仅轨迹线可见,且在轨迹线的两端显示十字叉。只有点云扫描片才能被隐藏,标志点扫描片则不能。隐藏除了影响查看外,还对点云输出有影响,被隐藏的扫描片的点云不会被输出。
    9.2视野面板
    视野面板用于调整视野范围到感兴趣的区域。点击“当前”按钮,或按“F”键,可将视野调整到当前扫描片。点击“选择”按钮,或按“S”键,可将视野调整到被选择的扫描片。点击“全部”按钮,或按“A”键,可将视野调整到所有扫描片,也即整个场景。
    9.3显示面板
    显示面板用于控制一些显示相关的设置。
    勾选“多色”复选框,或者按“C”键,则将每个扫描片的点云显示为不同的颜色,以便区分。勾选“标志点”复选框,或者按“M”键,则显示标志点和轨迹线,否则不显示。勾选“框架”复选框,或者按“L”键,则显示连接标志点的框架,否则不显示。
    9.4性能面板
    性能面板包含与3D显示加速相关的一些设置。勾选“消杂点”复选框,则隐藏扫描过程中产生的一些杂点,同时这些杂点在导出点云时也不会被输出。勾选“加速”复选框,则通过抽稀点云来加速显示。抽稀的比率在下方的下拉框中选择。2即表示每2个点中抽一个显示,5即表示每5个点中抽一个显示,余类推。不勾选则显示所有扫描点。当前扫描片不受该设置的影响,始终不被抽稀。当扫描文件很大、点数很多时,点云的显示会消耗图形加速卡大量的资源,导致3D交互不流畅。这时通过选择“加速”,并设置合适的抽稀比率将使3D操作变得流畅。
    10.关于
    点击工具栏右上角的按钮,即可弹出“关于”对话框。
    10.1版本信息
    对话框的第二行,“Build”后面显示的为软件版本信息。
    10.2帮助资源


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