【摘 要】 针对.las格式的数据文件，给出了以qt为平台，基于vtk、liblas的点云可视化方法，并利用该方法进行实验。经实验验证该方法灵活、方便，更便于对多功能交互的发掘和实现。
　　【关键词】 vtk 点云可视化 las数据读取
　　1 引言
　　激光扫描技术是近年来出现的新技术，它突破了单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。激光扫描技术可以快速获取物体表面的空间点云数据，通过对点云数据的结构创建实现场景的渲染。随着激光扫描技术的不断发展和应用范围的不断扩大，激光扫描相关理论和技术的研究已经成为热点问题。散乱点云数据的可视化是激光扫描技术应用的一个重要环节。本文针对.las格式散乱点云数据文件，结合库的使用，实现点云的显示和基本的交互操作。
　　2 开发环境配置
　　本文以qt为开发工具，但qt并不能直接绘制、显示三维坐标点，故借助vtk来实现三维点坐标的绘制和显示。
　　2.1 vtk介绍
　　vtk（visualization toolkit）是由kitware团队创建和扩展的，开源的、可跨平台的可视化工具包，主要用于三维计算机图形、图像处理和可视化。vtk是在面向对象的基础上设计和实现的，采用c++构建核心内容。另外vtk能够进行自动语言转换，故可同时支持tcl/tk，java和python等多种语言。vtk作为可视化工具包使可视化应用更加普及，为人们提供了一种较简便、通用的可视化方式。它拥有丰富、多样的可视化算法：标量、矢量、张量、纹理和体积的可视化方法，和先进的建模技术：隐式建模，减少多边形，网格平滑，切割，描绘轮廓和delaunay三角网等。Www.11665.com除了可视化功能以外，vtk还拥有一套三维交互控件，涵盖了基本的点云显示时所需的人机交互操作，且可以进行交互操作的自定义。
　　2.2 linux下vtk库的配置
　　vtk官方网站http：//www.vtk.org/为我们提供了source文件，首先利用cmake对source文件进行编译，然后在平台下进行创建。
　　编译命令： cd ～/vtk/bin/
　　ccmake ../vtk5.0
　　make
　　sudo make install
　　完成vtk的安装后，还需要在qt中进行配置：主要是路径的包含和库文件的添加：
　　例：includepath +=/usr/include/vtk-5.8
　　libs +=-l/usr/lib -lvtkcommon -lvtkexoiic -lvtkfiltering -lvtkgenericfiltering -lvtkftgl ＼
　　-lvtkgeovis -lvtkgraphics -lvtkhybrid -lvtkio -lvtkinfovis -lvtkmetaio -lvtkproj4 ＼
　　-lvtkparallel -lvtkqtchart -lvtkrendering -lvtkviews -lvtkvolumerendering＼
　　-lvtkwidgets-lvtksys -lvtkverdict -lqvtk
　　3 vtk可视化管线的设计
　　vtk的可视化管线设计是基于管线流的设计模式，将要处理的数据作为流动介质在管线中流动，不同的阶段对数据进行不同的处理，最终完成处理数据的显示。vtk的可视化管线设计如图1所示[1]。
　　在可视化过程中，首先确定数据源（datasource），可以是利用vtk功能创建的数据源，更多的是数据文件，通过对数据文件的读取使数据以数据流的形式在管线中流动[2]；选择适当的数据处理方法，使数据流到达过滤（filter）阶段对数据进行处理，形成新的数据集；这时的数据已经不再是离散的点，而是具有一定的几何结构，接下来是几何数据到图形数据的转换阶段：映射（mapper）阶段。可视化模型创建完毕，接下来是图形模型的建立，首先是图形数据的承载者角色（actor），主要负责设置修饰效果；其次是渲染窗口（renderer window）的设置，主要有两个应用：渲染环境的设置和人机交互的实现；在一切准备就绪后就可以由渲染器（renderer）发出render（）命令，进行渲染，实现数据的可视化。
　　完成点云数据的显示后，我们还需要实现对数据的多角度观察，也就是交互问题。在可视化管线中vtkrenderwindowinteractor类为我们提供了简便的实现交互的方式，根据需求，选择vtkinteractor style的子类vtkinteractorstyletrackballcamera来实现旋转、缩放、平移等交互操作。
　　vtk pipeline采用串联方式将实现不同功能的各阶段连接起来，形成管线，方便数据流的流动：上一阶段的输出作为下一阶段的输入，不断延续下去，直到碰到mapper或sink。随着科学技术的不断发展，数据格式多种多样，数据量急剧增加，这对科学可视化数据量和数据传播提出了很大的挑战[3]

。
　　4 las数据读取
　　las数据文件包含的是标准lidar数据格式，现已发展为四个版本，分别是：las1.0，1.1，1.2，2.0（拟定版）[4]。随着版本的不同，其数据存储越来越灵活，信息越来越丰富。标准的las数据存储格式包含三个部分：公共文件头区，用于记录las文件的普通信息，如点的个数等；变长记录区，主要包含元数据，文件采用的坐标系等等；格式点集记录区，用于记录点的x、y、z和属性[5]。las数据文件的一般数据提取流程如图2所示。
　　las文件是二进制格式，但由于它有自己特定的文件头结构和数据组织，故需要专业软件进行读取。liblas是针对las文件的读与写的库，利用库函数可以方便、快捷的进行.las文件数据的读取。本文针对las数据文件，利用liblas库的liblas：：reader实现文件内数据的读取，并将数据赋值给vtkpoints，从而传递到vtk可视化管线中。
　　5 结语
　　vtk支持并行处理，且是开源的，具有可移植性。在实践中，我们可以利用vtk，结合语言平台，实现多种功能。例如，我们可以利用qt平台的界面创建优势，结合vtk库可视化管线，进行数据成果展示，软件开发等。vtk的开源特性方便了我们添加自己需要的功能，为新功能的发掘和实现提供支持。另外，我们也可以在遵循vtk本身设计模式的基础上，定义新的类，嵌入其中，进一步完善vtk。
　　参考文献：
　　[1]许庆功，李昌华.vtk框架结构与运行机制的探讨[j].洛阳理工学院学报（自然科学版），2008，18（1）：67-70.
　　[2] william j. schroeder， lisa s. avila， kenneth m. martin. the visualization toolkit user's guide[m]， ge corporate research & development.
　　[3] will schroeder， ken martin， bill lorensen. the visualization toolkit[m].usa， pearson education，inc.
　　[4]刘春，姚银银，吴杭彬.机载激光扫描（lidar）标准数据格式（las）的分析与数据读取[j].遥感应用，2009：38-42.
　　[5]赵自明，史兵，田喜平，赵松.las格式解析及其数据的读取与显示[j].测绘技术装备，2010，12（3）：17-20.