實(shí)景三維丨基于三維激光掃描的古建筑保護(hù)

古建筑是歷史文化的凝聚，不同時(shí)代的建筑代表了不同的政治文化和審美標(biāo)準(zhǔn)，有著其獨(dú)特的風(fēng)格和獨(dú)到的美。三維激光掃描技術(shù)在獲取信息的全面性以及測(cè)繪工作的高效性等方面具有傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，飛燕遙感將三維激光掃描技術(shù)運(yùn)用于古建測(cè)繪工作中，為古建筑的研究與保護(hù)提供了新思路。

利用三維激光影像掃描技術(shù)能夠在不損傷建筑物的條件下，快速采集古建筑物外部表面的精確數(shù)據(jù)。通過(guò)軟件，可以快速地為掃描獲得的點(diǎn)云賦予相應(yīng)的彩色信息，再經(jīng)過(guò)加工制作成正射影像，向用戶展示一個(gè)完全的實(shí)景三維彩色圖像。

1.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的古建測(cè)繪方法獲得的是“圖樣”，航攝測(cè)量的最終成果是測(cè)繪建筑物平面圖、截面圖、立面圖等。這兩種測(cè)繪技術(shù)獲得的均是反映建筑物信息的二維平面圖紙，而三維激光掃描技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)則是建筑物的實(shí)景三維模型，模型中包含了建筑所有結(jié)構(gòu)、細(xì)部乃至材質(zhì)信息。飛燕遙感利用三維激光掃描技術(shù)能夠在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)獲得傳統(tǒng)測(cè)繪方式數(shù)天或者更長(zhǎng)時(shí)間都不能獲得的古建信息，相比傳統(tǒng)測(cè)繪方法，節(jié)省了時(shí)間、人力，工作效率大幅提升。同時(shí)，三維激光掃描技術(shù)有很強(qiáng)的適用性，在很多復(fù)雜的環(huán)境中都可以進(jìn)行測(cè)量。此外，三維激光掃描設(shè)備通過(guò)發(fā)射激光束來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維坐標(biāo)的精確獲取，可不依賴輔助光源，實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)。

古建筑三維模型

2.基礎(chǔ)數(shù)字化采集

2.1.古建筑院落整體數(shù)字化采集

對(duì)古建筑內(nèi)彩繪、彩繪墻以及建筑進(jìn)行基礎(chǔ)采集，是進(jìn)行文物保護(hù)、研究、展示的基礎(chǔ)，本項(xiàng)目將主要運(yùn)用三維掃描、航攝測(cè)量等技術(shù)手段展開(kāi)對(duì)文物現(xiàn)狀采集工作，重點(diǎn)關(guān)注斗拱、脊獸、12座石碑等。

2.2.木牌樓高精度采集

飛燕遙感使用地面三維掃描設(shè)備進(jìn)行古建筑整體建筑三維掃描，重點(diǎn)關(guān)注木牌樓及其他相關(guān)建筑文物。三維點(diǎn)云點(diǎn)間距不大于2cm，點(diǎn)位精度優(yōu)于2cm。

2.3.彩繪數(shù)字化采集

飛燕遙感采用三維掃描獲取的數(shù)據(jù)包括古建筑整體院落三維信息、建筑內(nèi)外三維信息、殿內(nèi)彩繪的空間三維信息。采用航攝測(cè)量技術(shù)獲取殿內(nèi)彩繪、彩繪墻三維信息和色彩紋理信息，共同搭建起古建筑的整體實(shí)景三維建筑空間的數(shù)字化模型和信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

使用正直多基線高清晰數(shù)字?jǐn)z影法，在泛光標(biāo)準(zhǔn)光源環(huán)境下，真實(shí)客觀記錄彩繪現(xiàn)狀的色彩紋理信息和水漬、顏料層脫落、褪色等表面病害；將航攝采集數(shù)據(jù)與三維掃描幾何形體數(shù)據(jù)精確匹配，形成可量測(cè)的實(shí)景三維彩繪和高清正攝影像圖，并可對(duì)彩繪表面病害進(jìn)行精確定位。

3.古建筑三維模型構(gòu)建

3.1.數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)備

飛燕遙感通過(guò)三維激光掃描技術(shù)采集古建筑模型信息，得到模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度高，采集速度快，是古建筑數(shù)據(jù)采集常用的方法。輔助拍照、手繪、資料查詢等方法，為構(gòu)建“族”模型的建立準(zhǔn)備了豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

古建筑激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)

3.2.三維模型的構(gòu)建

3.2.1.構(gòu)建的分類

根據(jù)建筑類型的理論，以建筑構(gòu)造特征為基礎(chǔ)，嘗試為單體化的建筑的構(gòu)件進(jìn)行分類，并按照古建筑文保的需求設(shè)置構(gòu)件屬性。

3.2.2.模型的搭建

在軸網(wǎng)中對(duì)每個(gè)構(gòu)件插入位置進(jìn)行定位后，從下至上逐個(gè)載入族類型，并進(jìn)行構(gòu)件實(shí)例屬性的修改和添加。

3.2.3.古建筑實(shí)景三維可視化

為保證古建筑相關(guān)數(shù)據(jù)的展示利用，制定古建筑三維互動(dòng)呈現(xiàn)系統(tǒng)，利用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)古建筑的實(shí)景三維互動(dòng)，以古建筑情景的模型建立、美化渲染為基礎(chǔ)，將古建筑的數(shù)字化結(jié)果利用起來(lái)。

4.結(jié)論

隨著中國(guó)城市化以及城市建設(shè)的飛速發(fā)展，將面臨城市現(xiàn)代化建設(shè)與大量城市歷史遺存的文物性建筑保護(hù)之間的矛盾。通過(guò)實(shí)景三維，可以打造立體化、信息化、智能化的古建展示與沉浸式體驗(yàn)，便于古城特色推廣與線上傳播。

同時(shí)，生動(dòng)立體的實(shí)景三維古建成果，可以提供準(zhǔn)確時(shí)空位置關(guān)系，結(jié)合交通、市政、民生等專題數(shù)據(jù)，可以服務(wù)于公眾、政府、企業(yè)，為古城的保護(hù)、管理、改造和防災(zāi)等一系列工作提供科學(xué)依據(jù)。