技能大赛培训子库 技能大赛培训子库 2.3.3 点云数据处理（教案）.doc

《三维建模数字化设计与制造赛项国（省）赛》 课程教案 授课对象： 章 节： 2.3.3 点云数据处理 授 课 人： [三维建模数字化设计与制造赛项国（省）赛] 授课班级： 时间：2018/8/8 子项目名称 2.3.3 点云数据处理 任务 描述 使学生能够掌握点云处理使用的命令及流程，了解到点云处理的作用并学会案例点云处理操作；掌握点云处理的具体操作以及能够对扫描采集的数据进行坐标的配对。 学时 2 课程单元教学教案 教案头 单元名称 2.3.3 点云数据处理 学时： 2学时 引入案例 技术工程师以案例的点云数据处理进行授课，讲授点云数据处理的过程与具体操作。 教学目标 能力目标 知识目标 素质目标 （1）掌握点云处理使用的命令及流程 （2）掌握点云处理的具体操作 （3）能够对扫描采集的数据进行坐标的配对 （1）了解点云处理的作用 （2）学会案例点云处理操作 （3）了解到数据坐标配对的重要性 （1）具有严谨求实精神 （2）具有个人实践创新能力 （3）具备5S职业素养。 训练任务 案例点云数据处理以及坐标的配对 教学重点 教学难点 重点：点云数据处理的流程及具体操作； 难点：数据采集存在问题以及解决方法、模型坐标的配对及作用。 教学方法、手段 教法：演示、讲授、情景设置、对比； 学法：讨论、练习、动手操作。 教学组织形式 采用项目化教学，任务驱动。任务开展过程采用“资讯→决策→计划→实施→检查→评估反馈”，教学组织按激学导思、讲授新知、教学巩固、教学提升、教学延伸5个环节进行。 教学条件 PPT、电脑、OKIO扫描仪 作 业 训练单（项目单卡） 备 注 教学内容 概述 通过教学单元的学习，要求学生能够掌握点云处理使用的命令及流程，了解到点云处理的作用并学会案例点云处理操作；掌握点云处理的具体操作以及能够对扫描采集的数据进行坐标的配对。 预备知识 点云数据的概念； 点云数据存在的文件形式。 教学步骤 课程引入（资讯） ① 技术工程师以案例的点云数据处理进行授课，讲授点云数据处理的过程与具体操作。那么点云数据处理有哪些流程呢？如何进行处理？ （2）讲授新知与教学巩固（内容、反馈与训练） ① 教师讲解点云处理的作用； ② 学生按照演示内容分析点云数据无法进行拼接的原因。 （3）教学提升与训练（内容、反馈与训练） ① 教师讲授案例点云处理的具体操作； ② 学生按照讲解内容使用Geomagic Wrap软件处理点云数据。 （4）教学延伸与训练 ① 教师讲授数据坐标的配对操作； ② 学生按照讲解内容分析数据坐标配对的作用。 （5）课程总结，5S整理 ① 课程总结，将本次课程内容进行回顾； ② 布置作业，进一步检验教学效果； ③ 对相关物品进行整理，小组成员相互评价。 教学内容 （1）典型案例引入……………………………………………………………5分钟 技术工程师以案例的点云数据处理进行授课，讲授点云数据处理的过程与具体操作。那么点云数据处理有哪些流程呢？如何进行处理？ 模型案例 Geomagic Wrap软件 目的：激发学生的兴趣，培养学生思考、分析、综合归纳能力。 （2）讲授新知与教学巩固……………………………………………………30分钟 ①讲授新知：（15分钟） 课件演示，教师讲解：点云处理的作用。 目的：通过讲授法，使学生点云数据以及点云的处理有深刻的认识。 a.点云存在的问题 点云数据扫描过程有可能会存在一些问题，导致后期的逆向建模难以重构。 点云问题 处理方式 存在非连接项 选择非连接项删除 含有体外孤点 选中体外孤点删除 噪点过多 减少噪音 点云问题的处理方式 b.点云拼接的原理 对于拼接采用标定点来实现多视角测量和数据拼接的方法，过不同扫描视图上公共特征张贴的标定点进行坐标定位，从而快速实现两个不存在明确对应关系的点云视图间的准确定位。 点云拼接基于三角组合法， 三个标志点设定原则为三点不能共线，避免三角形成为狭长三角形，面积足够大。两组标志点数据分别为p1、p2、p3和q1、q2、q3，那么三点几何变换方法为：首先把p1平移到q1，然后把矢量(p2-p1)变换到(q2-q1)，最后把包含三点p1、p2和p3的平面变换到包含q1、q2和q3的平面。 c.拼接误差分析 误差问题 误差原因 测量误差 由于扫描测量时累计误差，从而导致拼接误差的出现。 量化误差 三维连续曲面用有限数字化点云表示时引入的误差，导致拼接会有缺陷。 定位误差 对同一实际物理标志点在分次测量识别时产生的定位误差，因此在对同一标志点分