當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月15日,法國巴黎圣母院發(fā)生火災(zāi),整座建筑損毀嚴(yán)重,就在人們?yōu)楣袍E傷心流淚時(shí),一則消息讓大家重新燃起了希望:巴黎圣母院早在多年前就進(jìn)行了3D激光掃描。在國外的一家網(wǎng)站上,完整保存了巴黎圣母院的全部數(shù)字化資料。這將為修復(fù)古跡提供珍貴的數(shù)據(jù)支撐,而這一切只是3D激光掃描技術(shù)的 “冰山一角”。
在傳統(tǒng)測(cè)量概念里,測(cè)量數(shù)據(jù)的輸出形式一般都是二維的。技術(shù)人員在使用常規(guī)儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí),往往需要大量耗時(shí)來測(cè)量一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo),而且不夠形象直觀。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)掃描方式已經(jīng)滿足不了需求,3D激光掃描技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。
3D激光掃描技術(shù)是一種利用高速激光快速獲取被測(cè)對(duì)象三維數(shù)據(jù)的技術(shù)。它運(yùn)用激光測(cè)距原理,通過快速記錄被測(cè)對(duì)象的表面特征,準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地匹配物體紋理和尺寸,實(shí)現(xiàn)高精度三維成像。目前,3D激光掃描儀的掃描速度已經(jīng)達(dá)到百萬點(diǎn)每秒,每點(diǎn)的測(cè)量信息不僅包含空間坐標(biāo)信息,還包含顏色和物體反射率等內(nèi)容。將這些信息進(jìn)行融合,就能使觀察者得到與實(shí)物一致的視覺體驗(yàn)。因此,3D激光掃描技術(shù)也被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)。
雖然激光技術(shù)到20世紀(jì)末才得到較大發(fā)展,但其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于軍事、航天等領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代,世界上第一臺(tái)激光器研發(fā)成功,美國航天局也在 70年代啟動(dòng)了激光雷達(dá)技術(shù)研究,用于獲取大規(guī)模場(chǎng)景的高精度、高密度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),這極大地促進(jìn)了三維軍事地理信息系統(tǒng)的發(fā)展。
美國在測(cè)繪領(lǐng)域廣泛運(yùn)用3D激光掃描技術(shù)的同時(shí),也加速了其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用研究。自20世紀(jì)80年代起,美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局一直致力于運(yùn)用 3D激光掃描技術(shù)研發(fā)虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境——基于真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的三維地貌模型系統(tǒng),從而提高坦克協(xié)同訓(xùn)練的效費(fèi)比。此外,3D激光掃描技術(shù)在3D打印和逆向工程等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用,美國一家公司就曾使用3D激光掃描儀成功制作了F-15戰(zhàn)斗機(jī)模型。
2010年,融合了激光掃描、影像數(shù)據(jù)和多種定位定姿數(shù)據(jù)的3D激光掃描技術(shù)進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用階段。波士頓動(dòng)力公司和哈佛大學(xué)等單位共同研發(fā)的四足軍用機(jī)器人,就采用了3D激光掃描技術(shù),精確的三維模型能夠幫助機(jī)器人分辨道路與目標(biāo)特征,從而為無人裝備的自主決策提供了支撐。此外,波士頓動(dòng)力公司的雙足人形機(jī)器人、美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的四足猿類機(jī)器人等都采用了3D激光掃描技術(shù),這也標(biāo)志著3D激光掃描技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向戰(zhàn)場(chǎng)。
隨著武器裝備信息化水平的不斷提高,3D激光掃描技術(shù)將打破現(xiàn)有戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)生成方式,把“不可見”的物質(zhì)一一呈現(xiàn)在指揮平臺(tái)上,或?qū)⑹棺鲬?zhàn)指揮方式產(chǎn)生革命性變化。
解放軍報(bào) 作者:陶帥 武建華
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