在這個潑水成冰的時節，滬敖的技術小哥哥們仍然在外面辛苦趕項目，由于保密時效的原因，本期無法和大家分享我們的最新案例，因此，本期我們就來談談近期學到的心得體會吧。

從“數字孿生”看三維掃描技術應用

在科幻電影《普羅米修斯》中，一個紅色的激光球飛行一圈就將整個山洞環境的3D場景投射到桌面上，進入山洞的人可以借此判斷前行的方向；

在《鋼鐵俠》里也有一個十分有意思的片段，托尼·史塔克在設計、改進和修理戰衣的時候，并不是在圖紙或實物上進行操作，而是通過一個虛擬的影像映射來實現，整個過程中，一個可視智能化的數字設計場景清晰地呈現在面前；

成龍主演的《十二生肖》里面也有類似的鏡頭，通過“手套”掃描復刻十二生肖銅像。

這些影視片段，或許就是未來科學的發展方向，也是三維數字“理想”的應用方向。人類的科技不斷進步，在不斷實踐中，也出現了一個特定的概念，即數字孿生。

什么是數字孿生？

據百度百科介紹，數字孿生（Digital Twin）是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。“數字孿生”概念的出現，很大程度上為人類的未來想象提供了一條愈發清晰的探索之路。

如何精確復刻現實

三維掃描技術的出現，為現實與虛擬搭建了一座橋梁，通過光學、電子等技術的結合獲取物體的三維表面信息，將所有光源可視信息1：1地“搬”入計算機。

三維激光掃描技可以高速度、高精度的獲取海量被測物體的點云數據，實現被測物的三維建模。相比于傳統的單點測量的方式（獲取單點的三維空間坐標），三維激光掃描可自動、連續、快速地獲取目標物體表面的密集點云數據，實現了從點測量到面測量的跨越。于此同時，三維掃描獲取的信息量也從點的空間位置信息擴展到了紋理信息和色彩信息，因此，三維激光掃描技術以其戶外工作效率高、還原度高、不接觸本體等特性被廣泛使用。

滬敖工作現場

（使用Trimble地面三維激光掃描儀）

滬敖工作現場

（使用Faro地面三維激光掃描儀）

這種速度快，非接觸，高精度，安全性系數高的數據捕獲方式將現實場景用數以億級的“點”記錄下來，形成“三維點云模型”。

滬敖操作流程如下圖所示

現場勘查：明確項目環境、項目目的，了解作業現場情況，為項目方案的制定及工作量評估收集資料。

三維掃描：現場采集包括設備架設，站點轉換，參數設置等操作。

上圖點云數據為其他項目數據，僅做示意用途

數據拼接：將多個獨立掃描數據統一到單個坐標系內。站點之間通過重疊區域或公共點將所有數據拼接成整體。

上圖為其他項目數據，僅做示意用途

數據去噪: 三維掃描是進行了每秒數百萬次測量的結果，每次測量產生一個獨立的點。

掃描儀的激光點并不是無窮小，而是具有一定的直徑。因此，激光點可能有極小部分落在支撐物（例如粉塵）上，另一部分落在掃描對象表面上，此時掃描儀會接收到兩個相隔較遠的不同點的反射激光信號，從而產生噪點。通過使用點云處理軟件過濾器可更正選中的掃描點或從掃描中刪除該點，也可以人為判斷噪點，進行選中刪除。

現場拍攝：現場拍攝建筑、招牌等對象高清照片，獲取真實色彩信息，以便后期通過貼圖將色彩信息賦予白模，使模型更加逼真。

模型建立：三維點云模型具備建模所需的所有尺寸信息及相對空間位置。點云模型精度高，數據格式多樣化，是“逆向”建立目標模型的最佳基礎數據。

貼圖：技術人員在貼圖前，先將之前實地拍照所得的照片進行處理，獲得各種貼圖的素材，之后將照片（或紋理材質）附加到模型中。

上圖僅做示意用途

數字孿生是一種實現物理系統向信息空間數字化模型映射的關鍵技術, 它通過利用布置在系統各部分的傳感器, 對物理實體進行數據分析與建模, 形成多學科、多物理量、多時間尺度、多概率的仿真過程, 將物理系統在不同真實場景中的全生命周期過程反映出來,  數字孿生可以通過集成多維物理實體的數據, 輔以數據分析和仿真模擬， 近乎實時地呈現物理實體的實際情況, 并通過虛實交互接口對物理實體進行控制。

簡單的說來，數字孿生主要由三部分組成:

1)物理空間的物理實體;

2)虛擬空間的虛擬實體;

3)虛實之間的連接數據和信息.

建模是數字孿生的技術基礎和支柱，建模的方式有傳統測繪建模 、模型引用和三維掃描建模法等幾種，傳統測繪建模是以已有二維設計圖資料作為建模依據 ，采用手工的方式， 在建模軟件里繪制出三維裝置模型，再與現場設備進行比對、核查，對模型進行完善和渲染的建模方法。 缺點是工作量大、周期長，對建模人員技術要求高。

模型引用是將工程設計中已建立的三維模型通過模型轉換接口導入系統的建模方法。采用這種方法的前提是能夠獲得設計方的三維數字文件，但是這類文件，而且由于現場施工和設計圖紙通常會有一定的出人，模型導人后需要進行勘測修正。

三維激光掃描建模法采用激光掃描儀對實體進行三維掃描，形成與實物裝置完全一致的點云圖（或三角面片），再在輔助軟件的幫助下由人工依托點云進行建模的方法，可以快速、便捷、準確的在數字空間對物理實物建立3D模型，保證了孿生模型具有高保真、高可靠、高精度的特征，對于具有高精度應用需求的場景尤為適用。

目前滬敖在數字化設施、工程、工業、文化遺產等領域的三維掃描、三維建模擁有有了完善的解決方案，期待能為您服務。

滬敖3D是一家致力于三維數字化行業解決方案的技術型企業，擁有豐富的三維項目經驗，公司以行業應用為出發點，為客戶提供三維數字化采集、三維數據處理、三維數據管理等一系列應用服務。

滬敖3D擁有結構光拍照式三維掃描儀、手持三維掃描儀（大小空間）、地面三維激光掃描儀、無人機傾斜攝影測量、3D打印等多種技術手段，從幾厘米到幾百米的物體或三維空間，從幾個微米到幾個厘米的精度，滬敖均可提供涵蓋軟硬件產品和項目服務的完整解決方案。

滬敖3D目前主要服務于制造業（汽車、航空航天、船舶、模具、鑄造以及各種機械）、建筑業（建筑設計、施工、裝修等）、文化遺產（博物館、古建筑、考古等）、數字化工廠、警用公共安全、影視制作、教育等行業。提供質量檢測、三維建模、逆向工程、數字存檔、GD/T分析、有限元分析、虛擬安裝、干涉分析、工程測繪、形變監測、3D打印等技術方案。