《表1 PLY文件结构示意图》

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《基于摄影测量技术的岩体结构面参数的获取》

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对于面状结构面，不同于野外实测，现场使用罗盘测量只能选取这个面的某一个点进行测量，而使用算法可以选取整个面上所有的点用来计算其产状。现使用Meshlab中的ZPainting工具在三维模型上对选取的结构面进行涂色，如图5所示。在使用不同颜色对模型所选的所有面进行涂色。完成后，软件会将模型导出为后缀名为ply的文件，该文件包括该结构面上组成面的所有顶点列表、所有顶点的X、Y、Z坐标（x，y，z）、每个顶点的RGB值、每个顶点的法向量，表1为PLY文件结构示意图。PLY文件格式是斯坦福大学开发的一套三维Mesh模型数据格式，目的是建立一套适合多边形模型、结构简单但能满足大多数图形应用需要的模型文件。考虑一个组成某结构面上所有顶点坐标的矩阵，该矩阵的协方差矩阵的特征向量和特征值代表了与该数据拟合程度最高的误差椭圆的轴和该轴长度。计算方法是基于主成分分析（principal component analysis，PCA）算法，通过线性变化将原始数据变化成一组组各维度线性无关的数值，用于提取数据的主要特征分量。运用Python编程实现PCA算法，可以得到该数据集的协方差矩阵并确定其从大到小的特征值（λ1、λ2、λ3）和对应特征向量（v1、v2、v3）。3个特征值的大小情况可以反映数据拟合的不同形状。当λ1=λ2=λ3时，该数据拟合的形状为球形；当λ1≥λ2>λ3时，该数据拟合的形状为平面；当λ1≥λ2=λ3时，该数据拟合的形状为线状[11]。因此，对于面状的结构面，最小的特征值对应的特征向量即为平行于结构面的法向量的向量，因此可用于计算结构面的产状。确定一个数据集共面可以采用多种方法，使用式（6）定义偏差参数: