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实景三维丨基于三维激光扫描的古建筑保护

2022-03-15

古建筑是历史文化的凝聚,不同时代的建筑代表了不同的政治文化和审美标准,有着其独特的风格和独到的美。三维激光扫描技术在获取信息的全面性以及测绘工作的高效性等方面具有传统测量技术无法比拟的优势,飞燕遥感将三维激光扫描技术运用于古建测绘工作中,为古建筑的研究与保护提供了新思路。

利用三维激光影像扫描技术能够在不损伤建筑物的条件下,快速采集古建筑物外部表面的精确数据。通过软件,可以快速地为扫描获得的点云赋予相应的彩色信息,再经过加工制作成正射影像,向用户展示一个完全的实景三维彩色图像。

1.技术优势

传统的古建测绘方法获得的是“图样”,航摄测量的最终成果是测绘建筑物平面图、截面图、立面图等。这两种测绘技术获得的均是反映建筑物信息的二维平面图纸,而三维激光扫描技术获得的数据则是建筑物的实景三维模型,模型中包含了建筑所有结构、细部乃至材质信息。飞燕遥感利用三维激光扫描技术能够在几个小时内获得传统测绘方式数天或者更长时间都不能获得的古建信息,相比传统测绘方法,节省了时间、人力,工作效率大幅提升。同时,三维激光扫描技术有很强的适用性,在很多复杂的环境中都可以进行测量。此外,三维激光扫描设备通过发射激光束来实现实景三维坐标的精确获取,可不依赖辅助光源,实现全天候作业。

古建筑三维模型

2.基础数字化采集

2.1.古建筑院落整体数字化采集

对古建筑内彩绘、彩绘墙以及建筑进行基础采集,是进行文物保护、研究、展示的基础,本项目将主要运用三维扫描、航摄测量等技术手段展开对文物现状采集工作,重点关注斗拱、脊兽、12座石碑等。

2.2.木牌楼高精度采集

飞燕遥感使用地面三维扫描设备进行古建筑整体建筑三维扫描,重点关注木牌楼及其他相关建筑文物。三维点云点间距不大于2cm,点位精度优于2cm。

2.3.彩绘数字化采集

飞燕遥感采用三维扫描获取的数据包括古建筑整体院落三维信息、建筑内外三维信息、殿内彩绘的空间三维信息。采用航摄测量技术获取殿内彩绘、彩绘墙三维信息和色彩纹理信息,共同搭建起古建筑的整体实景三维建筑空间的数字化模型和信息数据库。

使用正直多基线高清晰数字摄影法,在泛光标准光源环境下,真实客观记录彩绘现状的色彩纹理信息和水渍、颜料层脱落、褪色等表面病害;将航摄采集数据与三维扫描几何形体数据精确匹配,形成可量测的实景三维彩绘和高清正摄影像图,并可对彩绘表面病害进行精确定位。

3.古建筑三维模型构建

3.1.数据信息准备

飞燕遥感通过三维激光扫描技术采集古建筑模型信息,得到模型点云数据。点云数据精度高,采集速度快,是古建筑数据采集常用的方法。辅助拍照、手绘、资料查询等方法,为构建“族”模型的建立准备了丰富的基础数据。

古建筑激光点云数据

3.2.三维模型的构建

3.2.1.构建的分类

根据建筑类型的理论,以建筑构造特征为基础,尝试为单体化的建筑的构件进行分类,并按照古建筑文保的需求设置构件属性。

3.2.2.模型的搭建

在轴网中对每个构件插入位置进行定位后,从下至上逐个载入族类型,并进行构件实例属性的修改和添加。

3.2.3.古建筑实景三维可视化

为保证古建筑相关数据的展示利用,制定古建筑三维互动呈现系统,利用技术手段实现古建筑的实景三维互动,以古建筑情景的模型建立、美化渲染为基础,将古建筑的数字化结果利用起来。

4.结论

随着中国城市化以及城市建设的飞速发展,将面临城市现代化建设与大量城市历史遗存的文物性建筑保护之间的矛盾。通过实景三维,可以打造立体化、信息化、智能化的古建展示与沉浸式体验,便于古城特色推广与线上传播。

同时,生动立体的实景三维古建成果,可以提供准确时空位置关系,结合交通、市政、民生等专题数据,可以服务于公众、政府、企业,为古城的保护、管理、改造和防灾等一系列工作提供科学依据。

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