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三维激光扫描技术在古建筑数字档案中的应用

2019-09-11 10:29:00 2555

古建筑是历史、政治、文化的凝聚物,但随着时间的流逝、社会的发展和风雨的侵蚀,许多珍贵稀有的古建文物遗址已处于濒危境地。古建筑大多结构比较复杂,依靠传统的测绘方法和照片难以复原其原貌,而且传统的古建测绘以直尺和角尺、垂球等工具直接量取建筑物及其构件的尺寸,获取图纸及一些文字记录等最终资料,存在着数据不准确,使用不方便,效率低等问题。

三维激光扫描技术通过高速激光扫描的方法,大面积高分辨率地快速获取被测物体表面的三维坐标、反射率和色彩信息,打开了测绘领域由传统点测量到面测量的新局面,被广泛应用于古建筑三维精细建模数据获取方面。

三维激光扫描技术制作的古建筑成果,具有高精度、高保真、高效便捷、安全性高、成果丰富等特点,数据成果包括线画图、航片、影像、激光点云和表面纹理数据,数据处理后可输出DLG、三维模型、施工详图等丰富多样数据。

1. 3D激光点云数据:

由于测区环境限制及FARO三维激光扫描仪的视角原因,单个测站不能采集古建筑的完整点云数据,采取在多个站点架设三维激光扫描仪的方式采集古建筑点云数据,对各站点云数据进行配准、去噪和简化等处理过程,得到如下图所示的点云数据:

2. 画图:

调整古建筑点云数据的视角为正视图、侧视图,并形成相应视图的栅格图像;对点云数据做竖直方向的剖面,获得俯视图的栅格图像;将栅格图像按比例导入CAD ,对栅格图像进行矢量化,得到古建筑的正面、侧面、平面线画图,如下图所示:

3. 三维数字模型

3DMAX建模通过量测建筑物各部件尺寸,拉伸、挤出和自由变形等过程,构建古建筑的各构件模型,最终各部分组合成一个整体。根据古建筑的线画图,按照从下至上的顺序依次构建城楼、台基、墙柱、屋顶,完成古建筑的模型制作后进行纹理贴图和渲染,最终效果如下图所示:

逆向成模数据

古建复原模拟

利用三维扫描仪数据可以对古迹或文化遗产进行三维扫描,生成三维模型可用以观赏,有效保护各类古建筑由于游览带来的破坏,其数据还能应用于文物的保护和修复。

三维激光扫描测绘技术在古建筑测绘中的应用已渐趋成熟,在古建筑数字化档案建库项目中的应用具有可行性及传统测绘方法不可及的优势。该技术在工程测量领域亦具有巨大的技术优势和应用价值,深度挖掘二者的结合点是我们今后需要认真研究解决的问题。

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