文物是人類(lèi)在歷史發(fā)展過(guò)程中遺留下來(lái)的具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值的遺物和遺跡，歷經(jīng)幾千年的沉淀和積累，具有了頑強的生命力及存在價(jià)值。然而，許多文物在留取下來(lái)的過(guò)程中歷經(jīng)滄桑，遭到了不同程度的人為及自然的損壞。

目前已岌岌可危，亟須修復和復原。

文物測繪是文物保護中的一項基礎且技術(shù)性要求極高的工作。

傳統的測量、繪圖、攝影等手段限于自身的種種原因，只能獲取三維文物的二維影像，而無(wú)法準確、詳盡地呈現出文物的三維形態(tài)，不能為后續的文物數字化保存、病害檢測、虛擬修復、三維展示及三維力學(xué)分析等應用需求，提供完整、詳盡的資料支撐。

而三維數字建模技術(shù)的不斷發(fā)展，在很大程度上提高了文物信息獲取的能力。尤其是隨著(zhù)三維掃描儀的出現，空間三維數據的獲取有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

一、文物三維模型的作用

三維信息留取，又稱(chēng)三維數字化留取，是研究快速獲取物體表面空間坐標，進(jìn)而得到物體三維數字化模型的方法。

隨著(zhù)三維建模技術(shù)的不斷趨于成熟，三維信息留取成為文物數字化保護、修復及五千年中華文化弘揚和傳承的有效手段之一。它不僅滿(mǎn)足考古發(fā)掘過(guò)程中科學(xué)、準確獲取遺址各類(lèi)信息的需求，有效地對文物遺產(chǎn)進(jìn)行數字化保存、展示及保護，同時(shí)也為文物的數字測繪、輔助修復、考古資源管理以及虛擬現實(shí)等拓展應用提供了基礎的技術(shù)支撐。

二、文物三維模型的特點(diǎn)

與一般的實(shí)體三維模型相比，文物三維模型數據自身特點(diǎn)顯著(zhù)。

1、數據量增大

文物是人類(lèi)文明的瑰寶，蘊含著(zhù)一個(gè)時(shí)代特有的精神價(jià)值、思維方式和想象力，是人類(lèi)文明、文化與智慧的結晶。我國有著(zhù)五千余年燦爛的歷史文明，文物遺存也燦若星河。尤其是大型的石質(zhì)佛像、摩崖石刻、壁畫(huà)等為人們廣泛熟知并認同。

2、結構更為復雜

隨著(zhù)三維數字化、計算機圖形學(xué)等技術(shù)的不斷精進(jìn)，目前，已經(jīng)具備了將實(shí)體精確地“復制”成計算機中存儲的三維模型的能力。

這樣一來(lái)，研究人員就可以先行在虛擬三維模型上完成方案的制訂、調整、實(shí)施、結果評價(jià)等工作，為實(shí)際操作提供試驗材料及參考依據。

然而，與常規實(shí)體不同，文物形形色色，千奇百態(tài)，具有不相似、不對稱(chēng)特性。況且，我國古人多喜舞文弄墨，故凡繪畫(huà)、雕刻之作品大多刻畫(huà)細膩，布局精巧，分層分段，并裝飾華麗，看起來(lái)場(chǎng)面宏大，氣派十足。再加上隨著(zhù)時(shí)間的推移，大多文物都呈現出殘缺、破損、不完整情形。

因此，與常規實(shí)體相比，要將文物實(shí)體精確地“復制”成計算機中存儲的三維模型，就必須要面面俱到，將各類(lèi)病癥清晰、準確地呈現出來(lái)，進(jìn)而為后續的病害統計、虛擬修復、保護研究提供最精準的數據。

三、數據處理過(guò)程更加復雜

文物三維數據處理主要包括點(diǎn)云預處理、三維建模、三維彩色模型構建。一般而言，文物體積都比較大，對大范圍文物進(jìn)行掃描時(shí)，為了保證能對數據進(jìn)行全面采集，通常需要對掃描范圍進(jìn)行分區、分塊，并根據劃分規則對其命名。

此外，對某些具有特殊構造的部分，有時(shí)候還需要進(jìn)行額外的單獨采集。

因此，三維激光掃描測量一般要通過(guò)多站的掃描，才能獲得整個(gè)被掃描物體的完整數據。然而，在數據處理的過(guò)程中，數據的拼接、合并等程序是不可或缺的。

就一般實(shí)體模型而言，實(shí)體體積小，數據采集量也就小，因此在數據處理過(guò)程中，諸如數據拼接、分割、簡(jiǎn)化、合并之類(lèi)的操作也就顯得不那么必要。然而較一般實(shí)體模型，文物三維模型數據處理量大，數據處理過(guò)程也就相應地變得更為復雜。

四、精度控制更加困難

中國文物一向以器宇不凡、恢弘大氣著(zhù)稱(chēng)。因此，數據采集過(guò)程中，搭建腳手架輔以操作成了必不可少的程序，重慶大足石刻千手觀(guān)音三維數據獲取方案設計。而在掃描過(guò)程中，只要腳手架存在微米級的晃動(dòng)，都可能會(huì )導致掃描數據的分層，同一曲面出現紅、藍兩層數據。這在一定程度上，為數據獲取過(guò)程中的精度控制加大了難度。

五、數據精度要求更高

文物是歷史文化的沉淀，泱泱中華五千年文明，積累了無(wú)數的歷史瑰寶。但隨著(zhù)時(shí)間的推移，在長(cháng)期自然營(yíng)力和人類(lèi)活動(dòng)的影響下，許多文物都出現了嚴重的局部破壞。

三維模型的一大用途就是為細微、潛在病害的識別及尺寸標注提供基礎依據。

在彩色正射影像圖上，可以較清晰地展現出壁畫(huà)裂縫、外部墻體裂縫、外部墻體病害的位置、范圍等情況，能夠幫助壁畫(huà)保護修復工作者詳細了解病害種類(lèi)、損壞程度、分布規律等信息，深入探究病害產(chǎn)生機理，分析病害演化原因，以進(jìn)行具有針對性的實(shí)行搶救修復工作。

然而，文物三維模型數據處理是一個(gè)精細而漫長(cháng)的過(guò)程。在這一處理過(guò)程中，無(wú)論是點(diǎn)云的數據拼接，還是點(diǎn)云的數據簡(jiǎn)化，又或者是點(diǎn)云的數據合并，對點(diǎn)云數據的每一步處理都伴隨著(zhù)一定精度的虧損。而文物三維模型是文物最精準的基礎數據，是文物數字化保存、病害檢測及后續虛擬修復工作的前提。

因此，較一般三維模型，文物三維模型數據獲取及處理時(shí)的精度控制則更為嚴格，信息要求也更為精細。

文物三維模型在文物保護中的應用逐步深入，未來(lái)的發(fā)展與應用還將繼續以數字化留取、病害檢測、虛擬修復、三維展示及三維力學(xué)分析等應用為主。但是針對文物三維數據量大、精度控制困難等特點(diǎn)，提升數據采集設備精度、速度等性能，降低數據采集成本，對促進(jìn)文物三維模型的廣泛應用意義重大。

此外，文物三維模型所有權面臨巨大挑戰，如何加快信息安全技術(shù)的集成，使數據安全問(wèn)題得到有效解決，也將是文物三維模型發(fā)展與應用研究的重點(diǎn)之一。

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