程序员用LIDAR数据3D打印伦敦市中心立体地图

大部分人可能都不知道，网络上有相当多的免费3D数据可以使用，其中甚至包括一些世界上最大的城市的3D数据。比如伦敦，英国政府已经在线发布了伦敦大量的LIDAR激光探测与测量）测量数据。幸运的是，痴迷于地图的旧金山程序员Andrew Godwin抓住了这个便利，利用新发布的数据来实施他的“伦敦的崛起”项目：一个华丽而翔实的伦敦市中心的3D打印立体比例模型。

该项目的关键点在于一个开放数据倡议Open Data initiative）。在此倡议下，英国环境局公开发布了LIDARLight Detection and Ranging）数据。据天工社所知，LIDAR技术已经存在几十年，勘测员经常用它来精确地捕捉地理细节用于地图制作）。在这几十年里，英国环境局已经收集了大量的地理数据，这些数据对于像Godwin这样的地图爱好者来说是一个无比珍贵的宝藏。

QGIS中的LIDAR数据

Godwin透露，他多年来痴迷于地图，且很长一段时间以来一直在研究3D地图数据。“今年年初，我终于买了一台3D打印机，然后瞬间有了一个粗略的计划——3D打印真实的立体地图”，他回忆道。了解到英国正在进行的数据公开计划后，一个绝妙的想法浮现在我脑海。英国大部分地方的数据还未公开，但伦敦市中心Godwin长大的地方）的已经公布，“伦敦的崛起”就此诞生了。

不幸的是，LIDAR数据比当初预想的要繁杂。“低空飞行的飞机下方的摄像头采用激光测距系统来为点高取样，这意味着你得到的数据实际上是每米上的一系列点高”，Godwin解释道，“激光测距的自然误差导致这些数据有些上下浮动。因此，甚至一个完全平坦的屋顶被取样回来时就变成了一串高低不一的点高。那意味着你会面临两个问题：将点高变成3D打印机可以识别的东西；修改根据数据而产生的模型，这样它才不会是一团锯齿状的东西”。

将点高转变成3D模型不难，但要将它变得可3D打印且无懈可击就难得多了。每个细节此种情况指每个屋顶和每面墙）需要填充多边形来形成光滑的模型，这既费时间又很困难，况且Godwin并没有实现这些的必要技能。因此，他采用了一种更明智的方法。“我取回所有的数据，平均所有点高来制作一张较低细节的高度地图，并将高度调整为3m的间距，然后将相邻的平滑数据应用到全体”，Godwin回忆道。这同时也解决了另一个问题，原始文件的大小超过200MB，在常规的阅读器上要花相当长的时间才能打开，并且还不能进行切片。

由此产生的文件并不完美，但是非常完整，其中有伦敦的铁路高架桥、桥、公园，甚至还有 正在进行的Crossrail铁路项目的地上凿洞。更重要的是，STL文件仅有20MB，并且可以在GitHub这里找到。但3D打印并不是没有挑战的，特别是Godwin对此并没有太多经验。他买的打印机为Rostock MAX v2 3D打印机，并花费了数天来尝试不同的设置、温度和ABS及PLA材料。最终，他解决了PLA材料，并且花了一些时间才可以毫无问题的进行3D打印。“最开始的20块瓷板有着各种问题，要么建筑物上经常有滴状斑点，要么模型上有一条条塑料”，Godwin说，但是每次的进步激励着他继续前行。

最终，他成功的3D打印出48块瓷板，将它们拼在一起后就形成了从西边的海德公园到Godwin自己泰晤士河边的老房子的伦敦市中心。“它们的打印尺寸为7.5×7.5cm，最终拼在一起后的大小为长90cm、高30cm”，他说，“根据细节层次，打印一块7.5cm的瓷砖需要1到4个小时，打印一块15cm的瓷砖则需要3到12小时。关于后者，有两点很糟糕：它限制了你可以打印东西的时间，因为打印机在打印时需要一个人在旁边看着；同时它意味着任何打印错误将毁掉大量的工作”。

事后回想，Godwin更愿意用更大尺寸的瓷砖。尽管如此，他面临着一个大多数时候是在晚上或周末进行的需要花费数周的雄心勃勃的3D打印项目。随后，这些瓷板被贴在一个泡沫板上，泡沫板的背面钉有木条以提供额外的支撑。“准备好所有瓷板进行安装时，我遇到的主要问题是如何将它们对齐。此时我意识到应该选择更大尺寸的瓷板，因为那意味着复杂度会降低4倍，同时缝隙也更少”，他回忆道。一些瓷板的形状稍微有些偏菱形，这导致了几条不可避免的缝隙。

但最终结果仍然绝对令人惊艳，其中的细节清晰可见。更重要的是，算上运行成本和材料成本，整幅地图大约只需花费200美元。这是一个如何利用一些基本的旧LIDAR数据的很好的例子。“伦敦的崛起”激发了Godwin将同样的原则运用到其他城市，甚至包括他同样曾在其中生活过的旧金山和牛津。