實景三維丨基于三維激光(guāng)掃描的(de)古建築保護

古建築是曆史文化(huà)的(de)凝聚，不同時(shí)代的(de)建築代表了(le)不同的(de)政治文化(huà)和(hé)審美(měi)标準，有著(zhe)其獨特的(de)風格和(hé)獨到的(de)美(měi)。三維激光(guāng)掃描技術在獲取信息的(de)全面性以及測繪工作的(de)高(gāo)效性等方面具有傳統測量技術無法比拟的(de)優勢，飛(fēi)燕遙感将三維激光(guāng)掃描技術運用(yòng)于古建測繪工作中，爲古建築的(de)研究與保護提供了(le)新思路。

利用(yòng)三維激光(guāng)影(yǐng)像掃描技術能夠在不損傷建築物(wù)的(de)條件下(xià)，快(kuài)速采集古建築物(wù)外部表面的(de)精确數據。通(tōng)過軟件，可(kě)以快(kuài)速地爲掃描獲得(de)的(de)點雲賦予相應的(de)彩色信息，再經過加工制作成正射影(yǐng)像，向用(yòng)戶展示一個(gè)完全的(de)實景三維彩色圖像。

1.技術優勢

傳統的(de)古建測繪方法獲得(de)的(de)是“圖樣”，航攝測量的(de)最終成果是測繪建築物(wù)平面圖、截面圖、立面圖等。這(zhè)兩種測繪技術獲得(de)的(de)均是反映建築物(wù)信息的(de)二維平面圖紙，而三維激光(guāng)掃描技術獲得(de)的(de)數據則是建築物(wù)的(de)實景三維模型，模型中包含了(le)建築所有結構、細部乃至材質信息。飛(fēi)燕遙感利用(yòng)三維激光(guāng)掃描技術能夠在幾個(gè)小時(shí)内獲得(de)傳統測繪方式數天或者更長(cháng)時(shí)間都不能獲得(de)的(de)古建信息，相比傳統測繪方法，節省了(le)時(shí)間、人(rén)力，工作效率大(dà)幅提升。同時(shí)，三維激光(guāng)掃描技術有很強的(de)适用(yòng)性，在很多(duō)複雜(zá)的(de)環境中都可(kě)以進行測量。此外，三維激光(guāng)掃描設備通(tōng)過發射激光(guāng)束來(lái)實現實景三維坐(zuò)标的(de)精确獲取，可(kě)不依賴輔助光(guāng)源，實現全天候作業。

古建築三維模型

2.基礎數字化(huà)采集

2.1.古建築院落整體數字化(huà)采集

對(duì)古建築内彩繪、彩繪牆以及建築進行基礎采集，是進行文物(wù)保護、研究、展示的(de)基礎，本項目将主要運用(yòng)三維掃描、航攝測量等技術手段展開對(duì)文物(wù)現狀采集工作，重點關注鬥拱、脊獸、12座石碑等。

2.2.木(mù)牌樓高(gāo)精度采集

飛(fēi)燕遙感使用(yòng)地面三維掃描設備進行古建築整體建築三維掃描，重點關注木(mù)牌樓及其他(tā)相關建築文物(wù)。三維點雲點間距不大(dà)于2cm，點位精度優于2cm。

2.3.彩繪數字化(huà)采集

飛(fēi)燕遙感采用(yòng)三維掃描獲取的(de)數據包括古建築整體院落三維信息、建築内外三維信息、殿内彩繪的(de)空間三維信息。采用(yòng)航攝測量技術獲取殿内彩繪、彩繪牆三維信息和(hé)色彩紋理(lǐ)信息，共同搭建起古建築的(de)整體實景三維建築空間的(de)數字化(huà)模型和(hé)信息數據庫。

使用(yòng)正直多(duō)基線高(gāo)清晰數字攝影(yǐng)法，在泛光(guāng)标準光(guāng)源環境下(xià)，真實客觀記錄彩繪現狀的(de)色彩紋理(lǐ)信息和(hé)水(shuǐ)漬、顔料層脫落、褪色等表面病害；将航攝采集數據與三維掃描幾何形體數據精确匹配，形成可(kě)量測的(de)實景三維彩繪和(hé)高(gāo)清正攝影(yǐng)像圖，并可(kě)對(duì)彩繪表面病害進行精确定位。

3.古建築三維模型構建

3.1.數據信息準備

飛(fēi)燕遙感通(tōng)過三維激光(guāng)掃描技術采集古建築模型信息，得(de)到模型點雲數據。點雲數據精度高(gāo)，采集速度快(kuài)，是古建築數據采集常用(yòng)的(de)方法。輔助拍(pāi)照(zhào)、手繪、資料查詢等方法，爲構建“族”模型的(de)建立準備了(le)豐富的(de)基礎數據。

古建築激光(guāng)點雲數據

3.2.三維模型的(de)構建

3.2.1.構建的(de)分(fēn)類

根據建築類型的(de)理(lǐ)論，以建築構造特征爲基礎，嘗試爲單體化(huà)的(de)建築的(de)構件進行分(fēn)類，并按照(zhào)古建築文保的(de)需求設置構件屬性。

3.2.2.模型的(de)搭建

在軸網中對(duì)每個(gè)構件插入位置進行定位後，從下(xià)至上逐個(gè)載入族類型，并進行構件實例屬性的(de)修改和(hé)添加。

3.2.3.古建築實景三維可(kě)視化(huà)

爲保證古建築相關數據的(de)展示利用(yòng)，制定古建築三維互動呈現系統，利用(yòng)技術手段實現古建築的(de)實景三維互動，以古建築情景的(de)模型建立、美(měi)化(huà)渲染爲基礎，将古建築的(de)數字化(huà)結果利用(yòng)起來(lái)。

4.結論

随著(zhe)中國城(chéng)市化(huà)以及城(chéng)市建設的(de)飛(fēi)速發展，将面臨城(chéng)市現代化(huà)建設與大(dà)量城(chéng)市曆史遺存的(de)文物(wù)性建築保護之間的(de)矛盾。通(tōng)過實景三維，可(kě)以打造立體化(huà)、信息化(huà)、智能化(huà)的(de)古建展示與沉浸式體驗，便于古城(chéng)特色推廣與線上傳播。

同時(shí)，生動立體的(de)實景三維古建成果，可(kě)以提供準确時(shí)空位置關系，結合交通(tōng)、市政、民生等專題數據，可(kě)以服務于公衆、政府、企業，爲古城(chéng)的(de)保護、管理(lǐ)、改造和(hé)防災等一系列工作提供科學依據。