2.3　单株毛竹点云数据处理

2.3.1　毛竹点云数据预处理

将野外点云数据导入Leica Cyclone软件，如图2-3展示的是同一片竹林样地中3个不同测站的点云数据，首先对分站数据进行预处理，包括点云拼接和噪声点剔除等。

1　不同测站点云的拼接

点云拼接的方法研究成果较多，使用较为广泛且公认比较成熟的算法是ICP(Iterated Closest Point)。该算法是通过寻找最近点作为同名点，计算变换矩阵，使用同名点之间的距离构建目标函数，通过迭代计算，使目标函数收敛至最小值，重复运行直至完成点云的拼接（王健等，2017），如图2-4所示。

本试验中是分站扫描，不同测站上的点云数据是相互独立的，需要将各个分站获得的点云数据导入Cyclone软件中，利用标靶完成点云拼接。主要过程有：新建数据库文件，导入不同测站点云数据，进行拼接注册，软件自动计算点云拼接误差，合并整个竹林样地点云。

1　点云数据的去噪处理

为了分割出单株毛竹，先圈定单株毛竹，则这棵毛竹以外的其他点云都认为噪声点，删除处理。利用Cyclone软件工具如Delete In side/Outside、Fence等删除噪声点，保证毛竹的冠层结构信息鲜明清晰，如图2-5所示。带回实验室的样本，即截断毛竹冠层与竹秆，在实验室内获取点云数据后，处理方法同上，抠出样本的点云数据。

2.3.2　单株毛竹点云三维模型构建

经过Cyclone软件拼接去噪处理后，应用Geomagic Studio和Meshlab两款常用软件分别进行建模，评估两款软件的建模效果，为构建单株毛竹生物量模型择优数据，为毛竹虚拟场景建模工作者提供参考。

1　Geomagic Studio建模

将Cyclone软件中删除目标毛竹之外的点云，并将目标毛竹的点云数据输出为.txt文件，导入Geomagic Studio中进行建模，主要步骤有：添加着色点、删除体外孤点、删除非连接项、删除多余点和封装。

(1)添加着色点：在点云上开启照明和彩色效果，以便观察其几何形状。

(2)删除体外孤点：不管野外还是室内，由于三维激光扫描仪扫描到背景物体，这些远离目标点云的点即为体外孤点。在Cyclone软件已经进行了噪声处理，所以在设置敏感度值时不宜设置过高，可设置较低值，本试验设置为“37%”，敏感度达到一定程度后其选择的体外孤点数目不变，这样在删除一部分体外孤点后仍较好地保持毛竹原始形态。

(3)删除非连接项：设置中分隔选择“中”，尺寸为“1%”。

(4)删除多余点：运用套索工具框选手动删除多余点。

(5)封装：噪音降低选择“无”，不删除小组件，保持原始数据，最大三角形个数一般设置为“default”。

1　Meshlab建模

同样将Cyclone软件中删除目标毛竹之外的点云数据输出为.txt文件，导入Meshlab中进行建模，主要步骤有：

(1)利用命令“Normals”，计算每个点的法线，选取Curvatures and Orienta tion\Smooths normals on a point sets，参数为“default”。

(2)利用命令“Filters\Remeshing”，进行曲面重建、模型显示。选择Simplifica tion and Reconstruction\Surface Reconstruction：Ball Pivoting，Meshlab中采用滚球法(Ball Pivoting)进行三维表面重建，Pivoting Ball radius第2个参数设为“0.5”，面信息增加到150000~350000个，经多次反复试验，在此旋转球半径条件下，模型建模速度中等，大约40min，效果较好。

Geomagic Studio和Meshlab建模完成后，毛竹三维模型的形态可以基本展现，但软件自动封装时会存在孔洞现象，若提升三维模型的视觉效果，需要进行人工修模。