三維掃描技術(shù)在古建筑中的應用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上三維掃描技術(shù)在古建筑中的應用摘要：三維激光掃描技術(shù)是國際上近期發(fā)展的一項高新技術(shù)。隨著三維激光掃描儀在工程領(lǐng)域的廣泛應用,這種技術(shù)已經(jīng)引起了廣大科研人員的關(guān)注。作為新的高科技產(chǎn)品，三維激光掃描儀已經(jīng)成功的在文物保護、城市建筑測量、地形測繪等領(lǐng)域里應用。本文針對三維掃描技術(shù)在古建筑中修繕保護中的應用等問題進行了探討。關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；古建筑保護前言隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科技在不斷的創(chuàng)新，這些年來，工程測量在工程行業(yè)里的應用在不斷的拓寬，傳統(tǒng)的坐標測量儀器如全站儀，斷面儀已滿足不了高精度的三維坐標測量，相比較這些傳統(tǒng)的測量技術(shù)，國際上近期發(fā)展的一項高新技術(shù)-三維激光掃描

2、技術(shù)，這種技術(shù)具有極大的優(yōu)勢所在，通過激光測距原理（包括脈沖激光和相位激光），利用三維激光掃描技術(shù)獲取的空間點云數(shù)據(jù),可快速建立結(jié)構(gòu)復雜、不規(guī)則的場景的三維可視化模型,既省時又省力,這種能 力是現(xiàn)行的三維建模軟件所不可比擬的。作為新的高科技產(chǎn)品，三維激光掃描儀已經(jīng)成功的在文物保護、城市建筑測量、地形測繪等領(lǐng)域里應用。一、三維激光掃描技術(shù)的工作原理三維激光掃描技術(shù)，是通過內(nèi)部的激光脈沖發(fā)射器向目標物發(fā)生激光脈沖，反光鏡旋轉(zhuǎn)，發(fā)射出的激光脈沖掃過被測目標，信號接收器接收來自目標體發(fā)射回來的激光脈沖，通過每個激光脈沖從發(fā)出到被測物表面返回儀器所經(jīng)過的時間可以獲得被目標體到掃描中心的距離，同時掃描控制

3、模塊和測量每個激光脈沖的水平掃描角和豎向掃描角，后處理軟件自動解算得出被測點的相對三維坐標，進而轉(zhuǎn)換成絕對坐標系中的三維空間位置坐標或三維模型。二、掃描數(shù)據(jù)處理 地面三維激光掃描系統(tǒng)掃描得到的數(shù)據(jù)是點云數(shù)據(jù)(Points Cloud) ，記錄了有限體表面上離散點的空間坐標和某些物理參量。點的表示形式為( x ,y ,z ,intensity ,R ,G ,B) ，不僅包含了點的空間位置關(guān)系，還包括點的強度信息和顏色灰度信息。離散的點云數(shù)據(jù)并不能夠真實準確地表達構(gòu)筑物的整體模型，為了滿足三維建模的需求，首先要對所獲得的原始點云數(shù)據(jù)進行處理，包括數(shù)據(jù)濾波、坐標系轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)配準。三、三維激光掃描技術(shù)

4、的特點三維激光掃描系統(tǒng)是目前國際上最先進的獲取地面空間多目標三維數(shù)據(jù)的長距離影像的測量技術(shù)。它將傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的點測量擴展到面測量，它可以深入到復雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間中進行掃描操作，并直接將各種大型，復雜實體的三維數(shù)據(jù)完整的采集到計算機中，進而快速重構(gòu)出目標的三維模型及點、線、面、體等各種幾何數(shù)據(jù)，而且它所采集到的三維激光點云數(shù)據(jù)還可以進行多種后處理工作。三維激光掃描技術(shù)利用激光的獨特的有異性能用作掃描測量，該技術(shù)具有非接觸測量、數(shù)據(jù)采樣率高、主動發(fā)射掃描光源、具有高分辨率、高精度數(shù)字化采集結(jié)構(gòu)緊湊等特點。四、三維激光技術(shù)應用于古建筑保護實例1、古建筑特征古建筑是歷史政治經(jīng)濟文化的凝聚物， 不同時

5、代的建筑見證了不同的政治、 文化和審美，不同的民族其建筑也有其獨特的風格。中國古建筑在外型上主要由屋頂、屋身和臺基三部分組成；建筑的結(jié)構(gòu)有石塊和木質(zhì)，其中 80%以上是木質(zhì)結(jié)構(gòu)。細部臺基、立柱、斗拱和屋頂結(jié)構(gòu)繁雜；門窗天花板形式多種多樣，圖案栩栩如生。其建筑物內(nèi)涵極為豐富，因而對保護建筑物這些特征所要求的技術(shù)非常高。采用三維激光影像掃描技術(shù)，能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(shù)據(jù)。通過使用軟件，可以快速地為掃描獲得的點云賦予相應的彩色信息，再經(jīng)過加工便制作成正射影像，向用戶展示一個完全的實景彩色圖像。相對于以往近景攝影來說，正射影像具有更為精確的可量測性，古建筑設(shè)計和保護

6、人員可以精確對門、窗、柱、梁等構(gòu)件進行測量，借助CAD便可以制作出用于施工的CAD數(shù)據(jù)圖。2、三維激光掃描在古建筑保護中應用用三維激光測量古建筑，其步驟如下：第一步：古建筑表面數(shù)據(jù)采集。主要內(nèi)容有：確定測繪方案，三維激光實地掃描。本實驗以Trimble GX3D激光掃描系統(tǒng)測量中山紀念堂為例，實驗設(shè)置了三個標靶點，測量時儀器 Z軸垂直。第二步：內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。主要內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、點云數(shù)據(jù)配準、數(shù)據(jù)建模、實物量測和數(shù)據(jù)存檔。表 1 標靶點坐標值 第一測站/(mm) 第二測站/(mm) 標靶點 XY Z X YZ B13071.87-21461.26 39844.14 B22970.82 -12

7、629.37 1523.50-7676.19 B3981.71-16874.30 1485.69-4998.60根據(jù)表 1 計算得其六參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度約為±1.2mm。內(nèi)業(yè)處理軟件為：與掃描儀相配套的數(shù)據(jù)處理軟件Realworks Survey。在配準模式下，不同測站的點云數(shù)據(jù)融合在一個坐標系統(tǒng)當中。在測量模式下，在三維點云圖上量取實物尺寸和特征數(shù)據(jù)；也可以輸出到CAD中，制作古建筑的平面地圖；還可以直接存檔點云數(shù)據(jù)（如圖）。在建模模式下，可以根據(jù)已有幾何形體對點云建立模型。三維激光測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果仍以點云的形式存檔于數(shù)據(jù)庫或者計算機中，結(jié)果數(shù)據(jù)存儲文件格式為：*.asc，存儲的內(nèi)容

8、有坐標值、RGB大小及坐標標準差。存儲后，數(shù)據(jù)可用于檔案記錄、三維可視化及逆向重建等方面，通過建模技術(shù)還原古建筑物原貌，并繪制精確的修繕施工圖紙，做到客觀、準確地保護古建筑物，充分發(fā)揮三維激光掃描技術(shù)在古建筑保護中的應用價值。因受該建筑物結(jié)構(gòu)復雜、部分觀測條件不佳等客觀條件影響以及時間和經(jīng)費的限制，此次中山紀念堂的三維觀測數(shù)據(jù)有欠完整，但成果資料完全能體現(xiàn)三維激光掃描技術(shù)的先進性和優(yōu)越性，我們期待通過后期工作的跟進，能進一步完善本科研成果，更全面地建立中山紀念堂的建筑設(shè)計圖，并建立完整的三維模型，賦予建筑色彩及強度等因素，全方位地提供建筑物的各項數(shù)據(jù)。結(jié)論：本文給出了三維激光掃描技術(shù)及其在古建筑測繪方面的應用實例?？梢钥闯?，三維激光技術(shù)由于其測量時間短、收集數(shù)據(jù)廣、測量精度高、處理數(shù)據(jù)自動化以及其點云可用于深層次的模型重建被廣泛應用于古建筑的保護中。 但是由于三維激光技術(shù)本身的缺陷以及數(shù)學處理模型的不完善，使得在古建筑保護中其適用性和可靠性并不能達到最佳。這就要求我們繼續(xù)深入研究和改進三維激光測量和處理技術(shù)， 以期三維激光技術(shù)更好更深入應用于古建筑方面，更廣泛