3D激光掃描：塑造未來戰(zhàn)場新態(tài)勢

■陶 帥 武建華

當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月15日，法國巴黎圣母院發(fā)生火災(zāi)，整座建筑損毀嚴(yán)重，就在人們?yōu)楣袍E傷心流淚時(shí)，一則消息讓大家重新燃起了希望：巴黎圣母院早在多年前就進(jìn)行了3D激光掃描。在國外的一家網(wǎng)站上，完整保存了巴黎圣母院的全部數(shù)字化資料。這將為修復(fù)古跡提供珍貴的數(shù)據(jù)支撐，而這一切只是3D激光掃描技術(shù)的“冰山一角”。

在傳統(tǒng)測量概念里，測量數(shù)據(jù)的輸出形式一般都是二維的。技術(shù)人員在使用常規(guī)儀器進(jìn)行測量時(shí)，往往需要大量耗時(shí)來測量一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，而且不夠形象直觀。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)掃描方式已經(jīng)滿足不了需求，3D激光掃描技術(shù)由此應(yīng)運(yùn)而生。

3D激光掃描技術(shù)是一種利用高速激光快速獲取被測對(duì)象三維數(shù)據(jù)的技術(shù)。它運(yùn)用激光測距原理，通過快速記錄被測對(duì)象的表面特征，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地匹配物體紋理和尺寸，實(shí)現(xiàn)高精度三維成像。目前，3D激光掃描儀的掃描速度已經(jīng)達(dá)到百萬點(diǎn)每秒，每點(diǎn)的測量信息不僅包含空間坐標(biāo)信息，還包含顏色和物體反射率等內(nèi)容。將這些信息進(jìn)行融合，就能使觀察者得到與實(shí)物一致的視覺體驗(yàn)。因此，3D激光掃描技術(shù)也被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)。

雖然激光技術(shù)到20世紀(jì)末才得到較大發(fā)展，但其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于軍事、航天等領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代，世界上第一臺(tái)激光器研發(fā)成功，美國航天局也在70年代啟動(dòng)了激光雷達(dá)技術(shù)研究，用于獲取大規(guī)模場景的高精度、高密度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這極大地促進(jìn)了三維軍事地理信息系統(tǒng)的發(fā)展。

美國在測繪領(lǐng)域廣泛運(yùn)用3D激光掃描技術(shù)的同時(shí)，也加速了其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用研究。自20世紀(jì)80年代起，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局一直致力于運(yùn)用3D激光掃描技術(shù)研發(fā)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境——基于真實(shí)戰(zhàn)場環(huán)境的三維地貌模型系統(tǒng)，從而提高坦克協(xié)同訓(xùn)練的效費(fèi)比。此外，3D激光掃描技術(shù)在3D打印和逆向工程等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，美國一家公司就曾使用3D激光掃描儀成功制作了F-15戰(zhàn)斗機(jī)模型。

2010年，融合了激光掃描、影像數(shù)據(jù)和多種定位定姿數(shù)據(jù)的3D激光掃描技術(shù)進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用階段。波士頓動(dòng)力公司和哈佛大學(xué)等單位共同研發(fā)的四足軍用機(jī)器人，就采用了3D激光掃描技術(shù)，精確的三維模型能夠幫助機(jī)器人分辨道路與目標(biāo)特征，從而為無人裝備的自主決策提供了支撐。此外，波士頓動(dòng)力公司的雙足人形機(jī)器人、美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的四足猿類機(jī)器人等都采用了3D激光掃描技術(shù)，這也標(biāo)志著3D激光掃描技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向戰(zhàn)場。

隨著武器裝備信息化水平的不斷提高，3D激光掃描技術(shù)將打破現(xiàn)有戰(zhàn)場態(tài)勢生成方式，把“不可見”的物質(zhì)一一呈現(xiàn)在指揮平臺(tái)上，或?qū)⑹棺鲬?zhàn)指揮方式產(chǎn)生革命性變化。