實(shí)景三維丨基于三維激光掃描的古建筑保護

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準，有著(zhù)其獨特的風(fēng)格和獨到的美。三維激光掃描技術(shù)在獲取信息的全面性以及測繪工作的高效性等方面具有傳統測量技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢，飛燕遙感將三維激光掃描技術(shù)運用于古建測繪工作中，為古建筑的研究與保護提供了新思路。

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據。通過(guò)軟件，可以快速地為掃描獲得的點(diǎn)云賦予相應的彩色信息，再經(jīng)過(guò)加工制作成正射影像，向用戶(hù)展示一個(gè)完全的實(shí)景三維彩色圖像。

1.技術(shù)優(yōu)勢

傳統的古建測繪方法獲得的是“圖樣”，航攝測量的最終成果是測繪建筑物平面圖、截面圖、立面圖等。這兩種測繪技術(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)獲得的數據則是建筑物的實(shí)景三維模型，模型中包含了建筑所有結構、細部乃至材質(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)內獲得傳統測繪方式數天或者更長(cháng)時(shí)間都不能獲得的古建信息，相比傳統測繪方法，節省了時(shí)間、人力，工作效率大幅提升。同時(shí)，三維激光掃描技術(shù)有很強的適用性，在很多復雜的環(huán)境中都可以進(jìn)行測量。此外，三維激光掃描設備通過(guò)發(fā)射激光束來(lái)實(shí)現實(shí)景三維坐標的精確獲取，可不依賴(lài)輔助光源，實(shí)現全天候作業(yè)。

古建筑三維模型

2.基礎數字化采集

2.1.古建筑院落整體數字化采集

對古建筑內彩繪、彩繪墻以及建筑進(jìn)行基礎采集，是進(jìn)行文物保護、研究、展示的基礎，本項目將主要運用三維掃描、航攝測量等技術(shù)手段展開(kāi)對文物現狀采集工作，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.彩繪數字化采集

飛燕遙感采用三維掃描獲取的數據包括古建筑整體院落三維信息、建筑內外三維信息、殿內彩繪的空間三維信息。采用航攝測量技術(shù)獲取殿內彩繪、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字化模型和信息數據庫。

使用正直多基線(xiàn)高清晰數字攝影法，在泛光標準光源環(huán)境下，真實(shí)客觀(guān)記錄彩繪現狀的色彩紋理信息和水漬、顏料層脫落、褪色等表面病害；將航攝采集數據與三維掃描幾何形體數據精確匹配，形成可量測的實(shí)景三維彩繪和高清正攝影像圖，并可對彩繪表面病害進(jìn)行精確定位。

3.古建筑三維模型構建

3.1.數據信息準備

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)云數據。點(diǎn)云數據精度高，采集速度快，是古建筑數據采集常用的方法。輔助拍照、手繪、資料查詢(xún)等方法，為構建“族”模型的建立準備了豐富的基礎數據。

古建筑激光點(diǎn)云數據

3.2.三維模型的構建

3.2.1.構建的分類(lèi)

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

3.2.2.模型的搭建

在軸網(wǎng)中對每個(gè)構件插入位置進(jìn)行定位后，從下至上逐個(gè)載入族類(lèi)型，并進(jìn)行構件實(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)數據的展示利用，制定古建筑三維互動(dòng)呈現系統，利用技術(shù)手段實(shí)現古建筑的實(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，將古建筑的數字化結果利用起來(lái)。

4.結論

隨著(zhù)中國城市化以及城市建設的飛速發(fā)展，將面臨城市現代化建設與大量城市歷史遺存的文物性建筑保護之間的矛盾。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，便于古城特色推廣與線(xiàn)上傳播。

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