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第一章 緒論
第一節 前言
應用三維射掃描技術，仍以建置三維點雲（Point Cloud）模型為主，其應用 領域包含三維數位模型、數位典藏、多媒體展示、土方計算及地形變遷等。以目 前之軟體硬體設備，使用者僅需依循作業手冊操作，便可完成三維點雲模型之擷 取與建置，技術上並無太大困難；然而，在實際上則必頇考量許多因素，以掃描 建築物為例，欲完成大規模建築體之掃描作業，除了應選擇適合之掃描設備外，
於外業過程中，更應考量掃描測站之多寡，因測站數量將會直接影響掃描作業之 成本與效益。
一般建築物掃描方式，係以多個掃描測站所獲得之三維點雲資料，藉由兩兩 相鄰測站間之三維共軛球型覘標（以後簡稱為共軛覘標）進行坐標轉換，統一各 掃描測站之三維點雲資料坐標，進而套疊完成建築物之三維點雲模型；而檢核此 三維點雲模型之精度則以共軛覘標之帄均套疊誤差為依據（Franaszek et al., 2009）。於建築物掃描作業過程中，欲減少掃描測站之數量，增加掃描測站間之 距離便是方法之一；但增加掃描測站間之距離，則會降低雷射掃描儀對於共軛覘 標之球心坐標精度，不良之球心坐標精度又將降低三維點雲模型之精度。為增加 掃描測站之距離又不至降低共軛覘標球心坐標精度之目的，嘗詴加大共軛覘標之 尺寸為可能之解決途徑（蔡佳琳，2010；林家如，2011；施孙鴻與吳宗江，2012）。
而共軛覘標又可分為二維反射覘標及三維球型覘標，且使用三維球型覘標之套疊 精度又優於二維反射覘標（陳朝瑞，2007；Becerik-Gerber et al., 2011）。
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第二節 研究動機
目前應用三維雷射掃描技術進行作業，仍以建置三維點雲模型為主，其應用 領域包括古蹟建築、地形模型及逆向工程（Reversed Engineering, RE）等。逆向 工程又稱為反向工程，當一個實際物體或是手工模型，經由掃描設備量測後建立 三維資料，再經由輸出設備產製實體模型，這樣的流程稱之為逆向工程。三維點 雲模型也可應用於數位典藏、三維數位模型、多媒體展示、土方計算、地形變遷 及逆向工程複製技術（林卓群，2006；林立哲，2010；李樹莊，2011）等。其中，
三維點雲模型建置，為後續應用發展奠定基礎。
在多數之文獻中，常提到雷射掃描技術可快速獲取高精度且密集之點雲資料，
且市面上各廠商在其銷售的地面雷射掃描儀之規格表中，多描述地面雷射掃描儀 之測距精度能達公分等級之水準，更甚至有公厘等級精度水準。但於儀器規格表 中所列的通常是雷射測距之精度，而非掃描儀之定點精度。掃描儀中影響點位測 定之因素尚有掃描角度之校正問題，若出廠前儀器沒有經過嚴謹校正，亦或儀器 在出廠後，受到外力等等未知因素影響，造成另一些儀器內部發生問題，會使得 掃描得到之點位坐標含有系統性誤差，影響點雲資料之精度（曾義星等，2008）。
而且，不同類型及大小之共軛覘標，也將影響點雲資料套合精度（Becerik-Gerber et al., 2011）。因此，需進一步分析該儀器之水帄與垂直旋轉角度誤差及雷射測距 誤差，並設置距離檢校場，以距離誤差量建立誤差改正模式，進而擬定適當掃描 作業程序，以有效降低掃描測站數量，縮短大範圍掃描作業之期程，達到維持掃 描成果品質情況下，又能降低作業成本，提升掃描效益。
本研究主要以三維雷射掃描儀（以下簡稱為雷射掃描儀），作為有關建築物 三維坐標掃描之工具，為進一步分析該儀器之雷射測距誤差，故以距離檢校場檢 定其距離誤差，進而擬定適當之掃描作業程序，將觀測數據進行誤差分析，並於
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掃描建築物時，藉由此數據改善點雲之精度。
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第三節 研究目的
因此，本文之研究目的有三：
一、以 FARO Photon 120 機型之三維雷射掃描儀作為掃描建物之工具，採用三維 球型覘標作為相鄰掃描測站間之共軛覘標，探討雷測掃描儀對於不同尺寸之 共軛覘標在不同掃描距離條件下的球心坐標精度。
二、利用檢校場，在已知距離之固定樁位上擺設共軛覘標，由雷射掃描儀對共軛 覘標掃描，求得雷射掃描儀與各覘標間之距離誤差改正模式。
三、最後，根據不同尺寸共軛覘標在不同距離之球心坐標精度及雷射掃描儀距離 誤差改正模式，提出一種較佳之掃描方式；並以一棟建物掃描建模為例，比 較一般掃描方式與所提出的較佳掃描方式之效益。
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第四節 研究流程
本研究之研究流程，如圖 1-1 所示，先進行文獻蒐集回顧，再選定實驗區，
以研究不同尺寸共軛覘標在不同掃描距離之球心坐標精度及掃描儀之距離誤差 改正模式為兩項主要實驗，根據兩項實驗結果設計出較佳掃描作業方式，再以實 際建物掃描建模為例，比較一般掃描與較佳掃描效益之差異。
實驗區選定
探討不同尺寸共軛覘標在不同 掃描距離之球心坐標精度
建立掃描儀之距離誤差 改正模式
設計較佳之掃描作業方式
一般與較佳掃描作業方式 之效益比較
文獻回顧
圖 1-1 研究流程圖
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第五節 論文架構
本論文架構主要分為六個章節，各章節之內容編排如下：
第一章、緒論
使用三維雷射掃描儀，進行大規模建築物體之掃描作業，欲有效降低掃描測 站數量，又不影響掃描成果品質，為本研究之動機與研究目的。