DB61T 1173-2018石窟寺文物本體三維掃描測繪技術規(guī)程

ICS發(fā)布ICS發(fā)布01.100AA75陜西省地DB61方標準DBT1173—2018規(guī)程TechnicalspecificationsforSurveyingofculturalrelicsincavetemplecomplexhroughThreedimensionalscanningtechnology陜陜西省質(zhì)量技術監(jiān)督局IDB61/T1173—2018 DB61/T1173—2018前言本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由陜西省第三測繪工程院提出。本標準由陜西省文物局歸口。本標準起草單位：陜西省第三測繪工程院、國家測繪地理信息局測繪標準化研究所、陜西省文物保護研究院、陜西省考古研究院。本標準主要起草人：王永紅、陳惠軍、趙靜、蔣大鵬、梁爽、鄧國慶、李海泉、南竣祥、周磊、趙強、李恭、劉小強。本標準由陜西省第三測繪工程院負責解釋。本標準首次發(fā)布。聯(lián)系信息如下：單位：陜西省第三測繪工程院電話址：西安市碑林區(qū)測繪路6號郵編：7100541DB61/T1173—2018石窟寺文物本體三維掃描測繪技術規(guī)程1范圍本標準規(guī)定了石窟寺文物本體三維掃描測繪的有關術語和定義、總則、本體測量、成果形式等內(nèi)容。本標準適用于石窟寺文物本體的三維掃描測繪，其他諸如摩崖石刻等不可移動文物本體三維掃描測繪可參考執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T50228—2011工程測量基本術語標準CH/Z3017—2015地面三維激光掃描作業(yè)技術規(guī)程CH/T8023—2011機載激光雷達數(shù)據(jù)處理技術規(guī)范3術語和定義GB/T50228—2011、CH/Z3017—2015和CH/T8023—2011界定的以及下列術語和定義適用于本文件。為了便于使用，以下重復列出了GB/T50228—2011、CH/Z3017—2015和CH/T8023—2011中的某些術語和定義。3.1石窟寺cavetemplecomplex就著山勢,從山崖壁面向內(nèi)部縱深開鑿的古代廟宇建筑，內(nèi)部有宗教造像或宗教故事壁畫。具體包括塔廟窟、佛殿窟、僧房窟、大像窟、佛壇窟、小型禪窟和禪窟群。3.2前室prechamber主室之前的活動空間，是石窟寺的主要構成部分。3.3甬道tunnel石窟前室與主室之間或石窟與石窟之間的內(nèi)部通道。3.4主室mainchamber又稱后室，是石窟造像及繪制壁畫的主要場所，整體上為一封閉性空間，有窟門及甬道與前室相通。3.52DB61/T1173—2018石窟寺文物本體culturalrelicsofcavetemplecomplex最能反映石窟寺文物歷史、藝術、科學價值的空間實體部分，石窟寺文物本體包括造像、石刻、壁畫及與之配套的建筑。3.6點云pointcloud以離散、不規(guī)則方式分布在三維空間中的點的集合。[CH/T8023—2011，定義3.3]3.7點間距distancebetweenpoints點云中相鄰兩點之間的空間距離。[CH/Z3017—2015，定義3.1.3]3.8特征點featurepoint在點云中選取的或者專門測量得到的用于識別掃描物角點、線狀地物的交叉點等。[CH/Z3017—2015，定義3.1.4]3.9點云配準pointcloudregistration把不同站點獲取的點云數(shù)據(jù)變換到同一坐標系的過程。[CH/Z3017—2015，定義3.1.5]3.10標靶marker用一定材質(zhì)制作的具有規(guī)則幾何形狀的標志。用于在點云中能很好地被識別和測量，可用于點云數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查及點云配準等工作。[CH/Z3017—2015，定義3.1.6]3.11獨立坐標系independentcoordinatesystem相對獨立于國家坐標系外的局部測量平面直角坐標系。[GB/T50228—2011，定義3.2.8]。3.12降噪removenoise去除點云中由于外界因素(如光線、震動、噪聲等)以及三維激光掃描儀本身的因素造成的不可避免的部分點的過程。[CH/Z3017—2015，定義3.1.9]3.13渲染影像圖renderedimagemap3DB61/T1173—2018點云數(shù)據(jù)擬合形成文物本體三角網(wǎng)格模型，經(jīng)渲染后將網(wǎng)格模型整體或局部投影到某一平面所形成的圖像。4總則4.1石窟寺文物本體三維掃描測繪工作內(nèi)容包括前期準備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、成果歸檔。4.2石窟寺文物本體三維掃描測繪宜采用獨立坐標系。4.3石窟寺文物本體測量的尺寸以“厘米(cm)”為基本單位，超過100厘米(cm)的也可采用“米(m)”為計量單位。4.4石窟寺文物本體三維掃描測繪不得損壞石窟寺文物本體及內(nèi)部設施。5本體測量5.1前期準備5.1.1資料收集作業(yè)前應收集以下資料，并進行適用性分析：a)石窟寺地理位置、管理機構和周邊環(huán)境等信息；b)石窟寺歷史沿革、本體調(diào)查資料、“四有”檔案(有保護范圍、有保護標志、有記錄檔案、有保管機構)、學術專著等相關研究和檔案資料；c)石窟寺地形測繪數(shù)據(jù)、保護規(guī)劃數(shù)據(jù)、遙感影像資料等；d)必要時收集石窟寺及其周邊的水文、地質(zhì)等其他相關資料。5.1.2現(xiàn)場踏勘5.1.2.1分析確認已有資料的適用性。5.1.2.2了解石窟寺所在地區(qū)的氣候及交通狀況，石窟寺本體規(guī)模，掃描對象分布、類型及特征。5.1.2.3根據(jù)現(xiàn)場情況，確定是否需要特殊設備輔助掃描工作(升降平臺、平行移動軌道的設備等)，初步制定石窟寺掃描技術方案，根據(jù)掃描對象的形態(tài)、空間分布、精度要求初步設計掃描站點的位置、標靶類型及標靶布設位置等。5.1.2.4根據(jù)踏勘情況，預估項目工期、技術難點和困難程度。5.1.3設備準備根據(jù)項目規(guī)模、工期、指標等，選擇符合項目要求的三維掃描儀、數(shù)碼相機、便攜式計算機、存儲介質(zhì)的類型和數(shù)據(jù)處理軟件，必要時配備安全防護裝備。特殊作業(yè)環(huán)境中，所選儀器設備及制定的掃描方法應滿足安全要求。5.1.4技術方案項目概述、石窟寺歷史沿革及現(xiàn)狀、已有資料情況、作業(yè)依據(jù)、主要技術指標、成果規(guī)格、設備配置、人員配置、技術路線及作業(yè)流程、進度安排、安全保障措施。5.2數(shù)據(jù)采集5.2.1數(shù)據(jù)采集流程4DB61/T1173—20185.2.1.1數(shù)據(jù)采集流程包括點云數(shù)據(jù)采集、紋理圖像采集、外業(yè)數(shù)據(jù)檢查及導出備份等步驟。5.2.1.2外業(yè)實際工作過程，點云數(shù)據(jù)采集和紋理圖像采集可靈活交叉進行。5.2.2點云數(shù)據(jù)采集5.2.2.1無特殊要求時，數(shù)據(jù)采集通過自由設站，可選擇任意掃描測站坐標系為基準。5.2.2.2數(shù)據(jù)采集順序一般從外到內(nèi)。首先掃描洞窟外圍山體、附屬建筑和地面，然后依次對前室、甬道、主室、四壁、窟頂、佛龕等部分進行掃描。5.2.2.3點間距或采集分辨率應符合表1的要求，有特殊要求的應另行設計。表1點云數(shù)據(jù)精度表點云等級適用范圍特征點間距中誤差mm最大點間距mm配準要求1.壁畫；2.主體尺寸小于等于10厘米的佛龕、造像；3.雕刻有花紋的四壁、窟頂；4.其他具有精細結構的石窟寺本體部分。采用標靶進行配準，連續(xù)傳遞配準次數(shù)精度≤5mm主體尺寸大于10厘米小于等于50厘米的佛龕、造像；主體尺寸大于50厘米小于等于2米的佛龕、造像；二等1.主體尺寸大于2米的佛龕、造像；2.前室、甬道、主室中沒有花紋的四壁、窟頂及地面；≤15≤10采用標靶、特征點、點云進行配準，連續(xù)傳遞配準次數(shù)應不≤10mm三等石窟外圍山體、附屬建筑和地面；≤50≤255.2.2.45.2.2.5a)b)c)d)5.2.2.6a)b)5.2.2.75.2.2.85.2.2.9相鄰兩站有效點云的重疊度不低于30%，困難區(qū)域有效點云的重疊度不低于15%。地面三維掃描站布設應符合下列要求：架設在地面穩(wěn)定、外界影響較小的安全區(qū)域；布設應覆蓋目標區(qū)域的全部范圍；設站應在保證點云精度的前提下盡量減少點云拼接次數(shù)，降低點云數(shù)據(jù)拼接誤差；搭設平臺掃描應選擇震動幅度小、方便作業(yè)人員上下的工具。測站架設完成，待平臺穩(wěn)定后可利用無線控制技術進行掃描操作。地面三維掃描標靶布設應符合下列要求：地面三維掃描標靶宜選擇帶基座的球形標靶，也可選擇帶基座的其它類型標靶、紙質(zhì)標靶。帶有基座的標靶需放置在穩(wěn)定、不易碰觸的區(qū)域。紙質(zhì)標靶需粘貼到底面平坦，不影響采集表面數(shù)據(jù)的區(qū)域；標靶能夠被掃描儀良好識別，每一測站能夠通視的標靶數(shù)一般不少于4個，相鄰測站的公共重證標靶3點不共線，4點不共面；特殊情況下，明顯特征點可以作為標靶使用。手持三維掃描優(yōu)先選用帶標記點的掃描方式。掃描過程中應對影響后期拼接精度的標靶進行識別并精確掃描。掃描過程中應及時檢查掃描漏洞，并進行補充掃描。5DB61/T1173—20185.2.3紋理圖像采集5.2.3.1單張原始紋理圖像應達到千萬級的像素，紋理圖像每平方厘米(cm2)的像素數(shù)應符合表2的要求。表2紋理圖像像素數(shù)要求Mcm像素數(shù)cmM≤1010＜M≤5050＜M≤100100＜M≤200200＜M200＜M≤500≥0.5500＜M≥0.25.2.3.2圖像拍攝宜先進行全景拍攝，再按區(qū)域正對拍攝，拍攝時角度應保持鏡頭正對目標面，取圖像中心變形較小的區(qū)域合成紋理圖像。5.2.3.3石窟寺內(nèi)光線條件較差時，應借助外部光源進行補光；補光時應選擇光線較為柔和、均勻的補光器材。5.2.3.4相鄰兩幅圖像的重疊度應不低于30%。5.2.3.5采集圖像時應繪制圖像采集點分布示意圖。5.2.3.6紋理顏色有特殊要求時需使用色卡配合拍攝。5.3數(shù)據(jù)處理5.3.1數(shù)據(jù)處理工作內(nèi)容數(shù)據(jù)處理工作內(nèi)容包括點云數(shù)據(jù)處理、圖像數(shù)據(jù)處理、彩色點云制作。5.3.2點云數(shù)據(jù)處理5.3.2.1配準可選擇標靶、特征點、點云數(shù)據(jù)軟件自動匹配等方法，并符合下列要求：a)至少采用3個點建立轉換矩陣進行點云數(shù)據(jù)配準；b)所有測站點云數(shù)據(jù)配準后的數(shù)據(jù)應全面、完整的覆蓋目標表面；c)點云數(shù)據(jù)配準精度應符合表1的要求。5.3.2.2降噪和抽稀應符合下列要求：a)降噪不能影響拼接后的點云數(shù)據(jù)質(zhì)量；b)降噪處理不能影響文物本體及重要部位數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量；c)點云數(shù)據(jù)中脫離掃描目標物的異常點、空氣灰塵形成的噪點，可采用軟件自帶的濾波方式直接進行降噪處理；d)數(shù)據(jù)采集中標靶點或人員流動所產(chǎn)生的噪聲點，無法直接通過軟件過濾進行刪除時，應采用人工刪除方式處理；e)點云數(shù)據(jù)抽稀應不影響目標物特征識別與提取，且抽稀后點云應符合表1的要求。5.3.3圖像數(shù)據(jù)處理6DB61/T1173—20185.3.3.1采用曝光適當，能夠真實反映目標實際材質(zhì)的圖案、質(zhì)感、顏色等信息的圖像。5.3.3.2對出現(xiàn)陰影、相鄰圖像色差等異?，F(xiàn)象，應進行色彩調(diào)整以保持圖像反差適中、色彩一致；對曝光過度、不足的圖像無法找到替代圖像時，應重新拍攝。5.3.3.3對視角或鏡頭畸變引起的圖像變形，應做糾正處理。5.3.3.4保證處理后的圖像細節(jié)表現(xiàn)清晰，無明顯配準鑲嵌縫隙。5.3.3.5使用色卡時，應參照色卡進行色彩調(diào)整。5.3.3.6圖像處理可使用全景照片作為參考進行色彩調(diào)整、變形糾正、圖像配準。5.3.3.7處理后的圖像應存儲為通用文件格式。5.3.4彩色點云制作5.3.4.15.3.4.25.3.4.3彩色點云的色彩應從無色差影像獲取，優(yōu)先使用分辨率較高的紋理圖像。選擇明顯特征點進行特征匹配，特征點分布應相對均勻。處理好的彩色點云數(shù)據(jù)應真實反映目標實際色彩特征。6成果形式6.1成果內(nèi)容成果包括點云成果，三維模型，平面圖、立面圖和剖面圖，渲染影像圖和等值線圖。6.2點云成果6.2.1文件格式點云成果宜采用ASC、XYZ、PTS等常用文件格式。6.2.2成果要求6.2.2.16.2.2.26.2.2.36.2.2.4點云數(shù)據(jù)要具有完整性，不能出現(xiàn)點云空洞、變形。點云密度和點云噪聲不影響目標地物特征的識別與提取。點云相對精度應符合表1的要求。彩色點云無明顯色差。6.3三維模型6.3.1文件格式三維模型宜采用OBJ、3DS、MAX等常用文件格式。6.3.2成果要求6.3.2.16.3.2.26.3.2.36.3.2.4模型應準確反映出石窟寺文物本體的幾何特性、真實質(zhì)感、色彩及明暗關系。有相應場景模型的，場景模型應與石窟寺色彩、光照效果協(xié)調(diào)一致。有相應屬性數(shù)據(jù)的，屬性數(shù)據(jù)應具有正確性、完整性和現(xiàn)勢性。模型紋理應符合表2的像素數(shù)要求。6.4平面圖、立面圖、剖面圖6.4.1文件格式7DB61/T1173—2018平面圖、立面圖、剖面圖宜采用DWG文件格式。6.4.2成果要求6.4.2.1一般規(guī)定平面圖、立面圖、剖面圖成果應符合以下要求：a)應圖面整潔、結構完整，各構件關系正確；b)圖廓線與點云數(shù)據(jù)相符合；c)文字描述、尺寸標注具有完整性、精確性和現(xiàn)勢性，可采用方里網(wǎng)表述尺寸信息；d)比例尺、圖表符號、注記、整飾、圖線、圖例、注釋、圖樣畫法等要素齊全、位置合理、層次分明；e)比例尺及紙張參見表3。表3平面圖、立面圖、剖面圖比例尺紙張比例尺M≤1.5A41.5＜M≤3.5A4A33.5＜M≤6A4A36＜M≤15A4A315＜M≤25A325＜M根據(jù)實際需要6.4.2.2平面圖6.4.2.2.1應包括石窟總平面圖、石窟平面圖。6.4.2.2.2總平面圖反映范圍區(qū)域內(nèi)山體平面輪廓形狀，范圍區(qū)域內(nèi)突出的附屬建筑、構筑物的分布情況，石窟與山體的位置關系。6.4.2.2.3總平面圖反映范圍區(qū)域內(nèi)石窟分布情況、相互位置關系、石窟平面形狀和尺寸。6.4.2.2.4石窟平面圖反映各構件(前室、甬道、主室等)的平面形狀、尺寸及相互位置關系。6.4.2.2.5石窟平面圖如有地面鋪裝的，反映鋪地邊界、地磚地板材質(zhì)、排列方式等。6.4.2.3立面圖6.4.2.3.1應包括石窟總立面圖，佛龕造像立面圖。6.4.2.3.2石窟總立面圖反映范圍區(qū)域內(nèi)山體整體輪廓形狀和走勢，石窟與山體的位置關系。6.4.2.3.3石窟總立面圖反映石窟整體分布情況、相互位置關系、石窟立面形狀和尺寸。6.4.2.3.4佛龕造像立面圖分為佛龕造像正視圖和佛龕造像側視圖，分別反映佛龕造像正面及側面的輪廓尺寸、形制特征、造型特點及局部大樣。6.4.2.3.5佛龕造像立面圖中應繪制相應石窟平面縮略圖，并標注出佛龕造像在石窟中的位置信息。6.4.2.4剖面圖6.4.2.4.1剖切面的選取應科學合理，反映全貌、構造特