基于三维扫描对特色古建筑数字化保护技术研究

基于三维扫描对特色古建筑数字化保护技术研究

朱翠芳 黄彬

柳州城市职业学院 广西柳州 545036

摘要：在经济发展建设步伐日益加快的现代化时代中，古建筑文物的保护工作也不断受到社会各界的重视。古建筑文化是我们国家优秀历史文化的主要传承载体之一，应当对其进行必要的保护修缮，古建筑为我国的文化传承和保存提供了必要的载体支持。基于，本文通过对三维扫描技术开展分析，结合当前古建筑数字化保护的现状开展探讨，以期能够为业内人士提供一定的理论支持。

关键词：三维扫描；特色古建筑；数字化保护技术；模型

引言：我国地域辽阔、文化资源丰富，所以对于古建筑文物而言，整体的修复和施工体量较大。古建筑文物是我国历史文化的璀璨瑰宝，所以必须开展相应的保护修复工作。这本身就是对我国历史文化的一种有效传承和保护。若古建筑文物遭到了外界的破坏，在一定情况下很难进行全方位的修复，所以为了保障古建筑文物的保护工作有效推进，必须有效做好当前修缮工程的施工管理工作，提高古建筑的修复工作水平。

1.古建三维激光扫描仪

Focus S350 扫描仪是当前应用在古建筑数字化保护中的非常常见的一种仪器，并且在实际的运用中也有着非常良好的成效。

1.1 应用广泛

Focus S350 扫描仪的整体操作难度不高，而且设计非常合理，能够很大程度上的应用于各类古建筑的修复工作。

1.2 精确快捷

Focus S350可以97.6 万点/秒的速度构造一个非常精确的三维数据世界，为相关的文物建筑修复人员提供必要的数据支持以及模型参考。

1.3 操作简单

Focus 仪器自身有电池以及操控系统，可以通过更加直观的触控大屏进行分析，这种仪器操作非常简单，可以像数码相机一样操作，能够实现对复杂结构的古建筑进行全方位的分析。

图1 Focus S350 扫描仪

2.古建三维激光扫描在特色古建筑保护中的运用价值

对以往的古建筑保护工程中，测绘的主要方法是依靠支持和角齿等等工具来获取建筑物的构件，以及其他部位的实际长度和尺寸。在这种方法下获取的最终材料是厚厚的一沓图纸以及海量的文字记录。但是通过三维激光扫描技术，能够对古建筑进行全方位的扫描，以高密度的扫描点来记录和测量实际建筑物的尺寸以及具体的形态，这种方法是最先进的一种测量方法，而被测物体的几何信息以及三维信息都被上传到云数据中，可以以此数据构建起立体的三维模型，能够让施工人员以及涉及人员更加真实的看到现实性的古建筑实际情况，以及被模拟修复之后的情况。基于上述技术的应用，可以依托三维技术制成工程图以及切面图等等三维激光扫描技术可以通过非接触式的测量方法，更快，更精确地进行定位，为古建筑的相关修缮工作提供了必要的支持^[1]。

3.基于三维技术下古建筑文物保护中的问题

3.1缺少文物保护规划的三维技术观念

目前，我国古建筑文物的保护工作存在观念上的问题很多文物的保护单位未能形成完善和统一性的保护规划观念。虽然大多数的地区都非常重视建筑的保护和规划工作，但是从具体的工作而言，还未能深入性的考虑文物保护的整体性。并且没有建立起三维技术应用的习惯，所以，在很多建筑部门中，需要做好与其他部门的联动协同机制，共同促进文物保护工作的开展，深入采用三维技术开展保护工作。如果仅仅重视经济利益，而忽视了古文物的修缮和重建，则会破坏我国的古文物，不利于优秀建筑文化的传承。此外，还有一些文物保护部门，在古建筑文物的保护中，只是关注古建筑的保护和修复工作规划，但是忽视了对周围建筑和街区的规划和保护工作，导致文物保护和建筑修缮工作结果不理想。

3.3文物保护人员缺乏专业技术知识

很多的地区的古文物建筑保护工作的目的都是想要将保护工作落地，确保文物工作的管理和修缮能够取得实效性，因此就必须对有关施工的单位开展监督和管理。但是，从我国目前的古建筑文物的施工情况而言，可以发现很多工作人员都缺少一定的管理和监管意识，没有承担必要的责任。并且，很大程度上文物部门管理和维护人员没有具备专业性的文物保护与修缮知识，所以对于文物保护工作的意义也不完全了解。不仅导致古建筑文物暴露在危险环境中，也加大了文物修复的难度^[2]。

3.4文物保护管理的资金比较少

目前，在我国的古建筑文物保护中，往往需要更多的资金用于修缮文物和建筑保护工作，所以更需要当地的政府和部门牵头开展古建筑文物的保护工作。相关古建筑文物修复部门要积极承担起自己的责任，提高政治站位，深刻认识到古建筑文物保护工程的实际意义。但在实际保护与修复工程中，因为资金的短缺，对于文物的保护工作存在片面性，如果古建筑和文物出现了损坏，不能够及时地得到必要的保护与修缮。

4.三维扫描等数字化技术在古建筑保护中的运用策略

4.1 运用三维激光扫描技术

对于我国当前的古建筑文物的保护，相关工作人员可以采用三维激光扫描技术，对整体的建筑结构信息进行获取，对建筑的外在形态进行记录，更好地推进三维数据处理古建筑保护工程。此外，在三维技术的应用时，也可以采用GPS系统，近景拍摄，测量等等现代化的技术方法，对古建筑，文物的相关数据进行应搜尽搜，尽可能地获取更多的相关数据，为之后涉及工作的开展以及其他工作的推进奠定扎实的基础。从中得到的较高精度的相关数据，可以以信息化的手段输入电脑上传至云端，及时进行保存，当需要提取数据时，能够随时的提取，以此基础上所构建的古建筑立体模型，可以对古建筑实际存在的问题进行详细的分析，判断激光往返折射的时间，利用现代化的技术对相关信息进行登记，提高具体的工作效率，为今后古文物以及古建筑的修缮提供必要的数据支持

^[3]。

图2 采用激光扫描后的文物

4.2 对古建筑的三维空间采集

更好的运用三维扫描技术都要必要，前提是做好相关空间数据的采集工作。我国四川乐山文庙的重建为例，该建筑是四川省内非常有价值的古建筑。由于整体的店内柱子较多，并且具有较多的遮挡物，所以在进行激光扫描时有着较大的难度。在扫描的过程中，要进一步优化站点的布置，对建筑内部比较复杂的结构。采用比较高精度的仪器进行扫描。在数据采集的过程中，为了能够获取更加精准的三维空间立体数据，要求在柱子与柱子之间设置站点，而且两个相邻的站点之间相关的数据重合率应当达到30%以上，提升数据采集的精确性。对于存在较严重的遮挡区域，可以采用手持性三维激光扫描仪采集相应的古建筑数据。

5.古建筑数据处理过程

5.1点云去噪

由于外界因素以及人为因素的存在，在运用三维扫描激光技术的过程中，必然会存在这样或那样的干扰噪音，例如人员在走动时，或者是自然的流水声和树叶被风吹动的声音，都会影响数据的正确性。所以为了减少这一部分影响因素，对于获取信息工作的干扰需要对具体开展测量的过程中进行降噪。此时可以采用点云过滤算法在激光三维技术的运用过程中，有效地减少外部噪音，也可以采用手动去噪的方法，减少在采集数据的过程中所产生的声波。

5.2 数据拼接

在不同站点扫描的数据进行拼接，都可以采用三维视图的方法。在其中找到一个相应的扫描站点作为标靶，当有效识别之后，建立起三维坐标进行拼接处理。在软件的使用过程中，能够对搜集的照片进行彩色化处理，以此实现数据采集以及模型的有效结合，可以对古建筑构件其仿真数据进行存档，在档案中可以有效地看到三维空间以及建筑的纹理色彩^[4]。

6.运用三维扫描技术进行数字化保护

6.1构建三维模型

对于我国当前古建筑的保护，已经修复都需要全面掌握表面的特征以及纹理信息。因此可以采用三维扫描技术，构建起古建筑的三维模型。运用 ASCII 码格式在数据库中输入古建筑的点云数据。通过人机交互剔除其中存在的噪音点，并弥补漏洞，对数据进行有效处理，构建三格网络。

6.2辅助修缮设计

对古建筑进行保护的重要工作之一就是对其开展修缮作业，这需要大量的实际数据，并且对于数据也有着高精度的要求，在开展相关到数据提取方面，可以采用三维激光点云技术。结合当前古建筑的实际保护需要，制作三维立体的剖面图。

7.结束语

在古文物的保护方面，激光扫描技术具有不可或缺的地位，能够实现数据的有效传输以及精确性数据的获取，并且可以通过数字化的方式进行档案存档，为古建筑的施工以及修缮工作提供了更多的参数支持，为今后相关工作的开展也奠定了扎实的理论支撑，在信息的获取方面采用无接触的方式，对古文物的结构，特点以及外在形态进行记录。因此在今后的古文物保护以及修缮过程中，进一步利用激光扫描技术，可以大大推进相关工作的开展，为我国古文物工程。建设的推进以及古文物保护事业的发展提供必要的技术支持。

8.参考文献

[1]辛俊伟, 罗艳, 程朋根. 基于 LiDAR 技术的古建筑复杂曲面三维重建[J]. 测绘与空间地理信息, 2017, 40(7):65-67.

[2]沈维莉, 张克纯. 基于 BIM 技术的古建筑数字化保护研究[J]. 四川建材, 2017, 43(12):63-64.

[3]卜亚平, 任智龙. 木质古建筑三维数字化保护探讨——以渭源灞陵桥为例[J]. 科技风, 2019, 373(05):117+121.

[4]泽金, ZEJin. 世界文化遗产数字化保护与建设初探——以西藏罗布林卡古建筑为例[J]. 文物保护与考古科学, 2017, 29(4):115-122.

作者简介：朱翠芳(1966.1)，女，汉族，湖南，本科， 副教授，研究方向：主要从事课程教学改革和无人机航测技术研究.

通讯作者：黄彬（1981.2），男，壮族，广西马山，本科，高级工程师，主要研究方向：无人机航测技术，三维激光扫描古建筑.