RigelScan智能手持式激光3D掃描儀應(yīng)用于植物3D數(shù)據(jù)采集建模和存檔分析

三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展，使得獲取形態(tài)萬(wàn)千的植物3D數(shù)字化模型成為可能，無(wú)論是根、莖、葉，還是花和果實(shí)，這為研究植物的生理形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其相關(guān)功能提供了既精確又便捷的直觀分析工具。

在不接觸物體表面的情況下，快速捕獲復(fù)雜的自由形狀，生成高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)測(cè)量方法或測(cè)頭無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。下面就以2個(gè)最新案例，帶大家了解3D掃描如何輕松捕捉各類植物形態(tài)，助力不同領(lǐng)域科研工作的開(kāi)展。

根系掃描——泥石流研究

近日，在CCTV-13《大國(guó)科學(xué)家》系列報(bào)道中，為我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)工作作出重要貢獻(xiàn)，被稱為“泥石流院士”的中國(guó)科學(xué)院院士崔鵬，正帶領(lǐng)中國(guó)科學(xué)院成都山地所的科研團(tuán)隊(duì)，在汶川地震時(shí)極重災(zāi)區(qū)四川省都江堰市龍溪河流域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。

為了探究泥土中植物根系的分布及其對(duì)土壤的加固作用，分析生態(tài)在災(zāi)害形成過(guò)程中的作用機(jī)理，科研人員需要在現(xiàn)場(chǎng)采集不同類型植物根系的形態(tài)結(jié)構(gòu)等第一手?jǐn)?shù)據(jù)，我們的RigelScan智能手持式激光3D掃描儀作為科研團(tuán)隊(duì)的隨行設(shè)備，在此次野外調(diào)查中充分發(fā)揮了“精、準(zhǔn)、快、小”的特點(diǎn)。

RigelScan最高精度達(dá)0.01mm，無(wú)論是直根系還是須根系，都可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)3D還原；從設(shè)備啟動(dòng)到完成完整根系模型的構(gòu)建不過(guò)幾分鐘，簡(jiǎn)單的操作、極高的效率可以大大減輕現(xiàn)場(chǎng)工作量；設(shè)備僅重1kg，小巧便攜，對(duì)于需要上山爬坡的野外調(diào)查來(lái)說(shuō)，不會(huì)造成額外負(fù)擔(dān)。

崔鵬院士在采訪中介紹到，現(xiàn)場(chǎng)掃描得到不同類型植物的根系結(jié)構(gòu)后，回去會(huì)根據(jù)精確的根系3D模型布置一系列的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，深入研究泥石流源區(qū)典型植物的根系特征及其抗拉力學(xué)特性。

植物根系不僅在三維空間中有著復(fù)雜的形態(tài)特征，還隨時(shí)間動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)變化，其力學(xué)特性也具有明顯的非均勻性，因而傳統(tǒng)的理想根系模型往往難以真實(shí)反映根系對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。引入高精度激光3D掃描儀后，使得精確的根系定量研究不再是難題，可以為廣大科技工作者研究出更好的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)提供最直接的科學(xué)依據(jù)。

杜鵑、樺樹(shù)、南楊杉、松樹(shù)等部分根系掃描數(shù)據(jù)展示如下：

花果掃描——植物學(xué)研究

三維激光掃描技術(shù)為植物的三維重建提供了一種全新的方法，不僅解決了手工測(cè)量等傳統(tǒng)采集手段速度慢、精度低的問(wèn)題，而且具有全數(shù)字化的特征，方便數(shù)據(jù)的保存、使用和展示。此外，除了形態(tài)結(jié)構(gòu)的三維重建，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上結(jié)合貼圖軟件，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)植物色彩紋理的真實(shí)復(fù)現(xiàn)。

▲圖片來(lái)源：實(shí)驗(yàn)植物學(xué)雜志，第 73 卷，第 11 期，第 3308-3318 頁(yè)《花瓣的發(fā)展和闡述》

在中科院植物研究所某項(xiàng)關(guān)于植物器官的研究中，同樣引入了我們的RigelScan智能手持式激光3D掃描儀。采集地點(diǎn)在植物園和野外，采集不受時(shí)間、光照等條件限制，只需保證掃描過(guò)程中植物的靜止，就可以快速采集目標(biāo)靜態(tài)結(jié)構(gòu)信息。掃描獲取3D數(shù)據(jù)后，再結(jié)合多方位拍照記錄和Artmapping貼圖軟件，輕輕松松就實(shí)現(xiàn)了植物花朵、果實(shí)等器官的完整信息采集。部分掃描數(shù)據(jù)和貼圖數(shù)據(jù)展示如下：

▲百合

▲朱頂紅

▲松果

▲兜蘭

在三維立體空間中既可以全方位查看植物的色彩、形態(tài)、結(jié)構(gòu)，也可以快速提取外形尺寸、表面積、體積等關(guān)鍵因子數(shù)據(jù)，相比于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集手段來(lái)說(shuō)，既快又全又準(zhǔn)。

無(wú)論是植物的生長(zhǎng)機(jī)理研究，還是地質(zhì)災(zāi)害的生態(tài)修復(fù)研究，探究自然界植物的原始形態(tài)，構(gòu)建真實(shí)可靠的植物三維模型都是重要的研究手段。三維激光掃描技術(shù)通過(guò)快速、準(zhǔn)確、有效地獲取植物三維空間信息，為研究人員的量化分析和可視化研究展示提供了高效便捷的利器。

研究是為了更好地保護(hù)。保護(hù)生物多樣性，保護(hù)同一個(gè)地球家園，與自然和諧共處，是我們共同期待的可持續(xù)發(fā)展。

秉承生態(tài)文明理念，共同構(gòu)建地球生命共同體，“人不負(fù)青山，青山定不負(fù)人”。