什么是点云？如何捕捉它们以及如何处理它们？独立科技作家肖恩-希金斯（Sean Higgins）为NavVis 撰文，为您一一解读。
什么是点云？
点云是物理对象或空间的数字 3D 表示。它由数百万个单独的测量点组成，每个测量点都有一个 x、y 和 z 坐标。
根据捕捉云的方法和相关传感器的不同，每个点还可以包含 RGB 颜色数据，甚至是强度信息（反映了产生该点的激光脉冲的返回强度）。
如何生成点云
市面上主要使用两种工具来捕获点云：激光扫描仪和摄影测量仪。
1.激光扫描仪
激光扫描仪是一种测绘级别 系统，包括许多不同的传感器和技术。最重要的是激光雷达传感器，它使用快速激光脉冲，每秒可收集数十万个极其精确的测量值。大多数激光扫描仪还包括一个 RGB 摄像头和一个惯性测量单元（IMU ），前者可为点云添加色彩，后者则是智能手机加速计的专业级表兄弟。
激光扫描仪有多种类型，每种类型都针对特定的应用范围而设计。如果需要以绝对最高的精度生成点云，如测量光束偏转、分析地面平整度，或以极高的精度捕捉汽车或机器等单个物体，则需要使用架站仪 (TLS)。
另一方面，您可以使用移动式激光扫描仪，它可以提供高达 4 毫米的精度，让您可以边走边捕捉点云。这种速度使它们成为大多数建筑文档项目的理想选择，因为它们降低了每平方米的总成本。这种速度还使其非常适合绘制工厂等活跃场所的地图，因为这些场所为您执行采集工作流程提供的时间窗口很小。
这些并不是您唯一的选择：市场上还有用于各种专业应用的激光扫描仪，如捕捉物体、道路或铁路，甚至生成大范围地形图。您可以同时使用这些设备，并将点云连接到最终的点云中，以满足任何项目的需求。
一般来说，激光扫描仪生成的数据精度高于摄影测量。
2.摄影测量
与其说这是一种特定类型的工具，不如说这是一种方法。要使用摄影测量法生成点云，需要相机从各个角度捕捉空间，然后使用专业软件处理这些图像，以三维方式重建空间。
如果您计划使用无人机捕捉建筑物的点云，那么您很可能会使用摄影测量法。(激光扫描仪对于无人机来说很重）。
如何在现实世界中使用点云？
这些数据集提供了真实世界空间、表面或物体的准确、精确和全面的数字图像。这意味着它们为各种应用提供了巨大价值。
以下是已建世界中点云的一些最常见的应用：
1.楼层规划
点云为您提供了一种快速生成结构平面图的方法。这种方法比使用全站仪等测量工具或激光测距仪等手动工具更快、更准确。
怎么做有两种方法。您可以自上而下查看点云，然后使用CAD 或平面规划软件手动绘制平面图。或者，您也可以使用人工智能软件自动生成平面图。
2.建筑信息模型 (BIM)
您可以使用点云制作资产的建筑信息模型 (BIM)。BIM 是 "设施物理和功能特征的数字表示"。BIM 是设施信息的共享知识资源，为设施生命周期内的决策提供可靠依据；设施生命周期是指从最初构思到拆除的整个过程"。
由于点云可以准确、全面地反映建筑物的 "现状"，这意味着它可以提供创建新建筑信息模型或更新现有模型所需的所有原始空间数据。这样，您就可以将建筑物的 "现状 "与 "设计 "进行比较，检查是否存在错误、冲突和矛盾。
如何实现：要根据点云生成BIM ，您需要使用专门的BIM 建模软件，在点云数据的基础上生成模型。
有些软件可以通过绘制元素和编码材料等信息来手动完成这项工作。其他软件则可以通过识别表面、对象甚至 MEP，并使用人工智能生成模型，从而实现部分自动化。这些半自动化流程可以非常精确，但并不完美--软件的运行速度比人类快得多，但也可能遗漏元素或返回错误的结果。因此，您始终需要检查工作并进行一些手动修正。
想了解有关扫描至BIM 流程的更多信息？点击此处查看我们的教育文章。
3.施工进度跟踪
如果在施工过程中定期采集点云，就可以利用这些数据来跟踪哪些工程已经完工、何时完工以及在何处完工。
如何进行：使用点云跟踪施工进度有人工方法和先进的自动方法。您可以与利益相关者共享原始点云数据，让他们能够快速、高水平地了解自施工开始以来任何时间点的施工进度。您也可以使用自动工具来提供更精细的更新，例如，软件可以自动分析点云以识别特定对象，甚至可以根据特定工种、时间表和预算来跟踪工程。
4.数字双胞胎
您可以使用点云创建可操作的资产 3D 模型。这种模型更多地被称为数字孪生 ，它与资产之间的共生关系由各种物联网（IoT）传感器促成。在理想的数字孪生 中，物理资产的任何变化都会自动传递到数字孪生 ，反之亦然。
这种共生关系意味着数字孪生可以像BIM 模型一样用于查看资产信息或执行监控、模拟、分析和控制等高级任务。
如何完成：创建数字孪生 是一个复杂、多层次的过程，因此许多公司都会提供为您生成 的服务。他们会捕捉资产，将其数字化，然后开发出符合您的规格的数字孪生 ，并在模型中包含您需要的 "实时 "数据（几何数据、温度数据等）。
要了解有关这一过程的更多信息，请查看西门子公司的案例分析 。其中详细介绍了他们与NavVis 合作创建数字工厂 twin 的项目，该项目可帮助多个利益相关者了解物理工厂的现状。
总结
本篇文章将为您介绍点云的定义、制作方法和典型用例。下一步是什么？如果您有冒险精神，为什么不下载一个点云数据样本，亲自探索一下呢？
以下是我们使用可穿戴测绘系统生成的点云数据样本链接 NavVis VLX可穿戴测绘系统生成的点云数据样本链接。该高质量样本以行业标准 .e57 文件格式提供下载，与许多第三方CAD （计算机辅助设计）应用程序兼容。
