壁畫墓數(shù)字化采集規(guī)程

1壁畫墓數(shù)字化采集規(guī)程本文件提供了壁畫墓的三維激光掃描數(shù)字化采集規(guī)范，規(guī)定了術(shù)語(yǔ)和定義、基本要求、采集準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)格式、掃描流程、數(shù)據(jù)處理、成果數(shù)據(jù)及成果評(píng)價(jià)。本文件適用于壁畫墓三維激光掃描數(shù)字化采集的過(guò)程和活動(dòng)，開(kāi)展數(shù)字化采集的壁畫墓參照?qǐng)?zhí)行。下列文件對(duì)于本應(yīng)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（包括所有的修改版）適用于本文件。田野考古工作規(guī)程修訂版(2009)；中華人民共和國(guó)文物保護(hù)法（2017）；WT/T0024文物保護(hù)工程文件歸檔整理規(guī)范GA27-2002文物系統(tǒng)博物館風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和安全防護(hù)級(jí)別的規(guī)定GB/T12979近景攝影測(cè)量規(guī)范CH/Z3017地面三維激光掃描作業(yè)技術(shù)規(guī)程CH/T1004測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定GB/T15314-1994精密工程測(cè)量規(guī)范GB/T16571-1996文物系統(tǒng)博物館安全防范工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T17941-2008數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量要求GB/T18316-2008數(shù)字測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收GB/T24356-2009測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收GB/T14950-2009攝影測(cè)量與遙感術(shù)語(yǔ)GB/T50103-2010總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)(附條文說(shuō)明)CH/T9016-2012三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范GB/T18894-2016電子文件歸檔與管理規(guī)范WW/T0082-2017古建筑壁畫數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)規(guī)程上述規(guī)范性引用文件中界定的、以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1壁畫墓壁畫墓指在墓室內(nèi)壁、墓頂、地面、墓門和墓道等部位裝飾平面性圖像的墓葬。狹義的“壁畫”僅指以色彩繪制的畫面，廣義的“壁畫”還包括以線刻、浮雕、模印等工藝在建筑表面上制作的畫面。3.2點(diǎn)云以離散、規(guī)則或不規(guī)則方式分布在三維空間中的點(diǎn)的集合，通常由三維掃描儀采集物體表面三維信息而獲得的離散點(diǎn)組成。3.3點(diǎn)云密度單位面積上點(diǎn)的平均數(shù)量。23.4點(diǎn)間距點(diǎn)云中相鄰兩點(diǎn)之間的空間距離。3.5點(diǎn)云配準(zhǔn)將多視角拍攝、不同局部坐標(biāo)系點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)同名幾何約束，變換到同一坐標(biāo)系下，構(gòu)成完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過(guò)程。3.6點(diǎn)云融合將多視點(diǎn)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的公共部分進(jìn)行處理，得到無(wú)重疊部分的整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過(guò)程。3.7三角網(wǎng)格模型以按照一定拓?fù)潢P(guān)系連接的三角形面片描述物體三維形貌的幾何數(shù)據(jù)。通過(guò)三角形表示的物體空間信息的三維模型。3.8數(shù)字正射影像利用數(shù)字高程模型對(duì)掃描處理的數(shù)字化的航空像片、遙感影像（單色/彩色），經(jīng)逐個(gè)象元進(jìn)行投影差改正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù)。3.9冷光源與熱光源不同，為幾乎不含紅外線光譜的光源，物體發(fā)光時(shí)的溫度較低。3.10色彩管理運(yùn)用軟、硬件結(jié)合的方法，在數(shù)據(jù)采集和處理過(guò)程中，統(tǒng)一管理和調(diào)整顏色，保證整個(gè)過(guò)程中色彩的一致性。3.11完整度物體非隱蔽表面的網(wǎng)絡(luò)模型統(tǒng)計(jì)面積與實(shí)際比例面積之比。4.1人員要求項(xiàng)目開(kāi)始前，需要明確團(tuán)隊(duì)組成及分工，指定一名項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)程。進(jìn)入墓葬前，人員需穿戴專門裝備，佩戴口罩、手戴手套、腳穿鞋套，手機(jī)禁止帶入墓葬中。4.2測(cè)繪要求a)平面基準(zhǔn)：采用2000國(guó)家坐標(biāo)系，采用地方坐標(biāo)系時(shí)與國(guó)家坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)。b)高程基準(zhǔn)：采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn),采用地方高程基準(zhǔn)時(shí)與國(guó)家坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)。c)時(shí)間基準(zhǔn)：地面三維激光掃描作業(yè)及產(chǎn)品涉及的日期應(yīng)采用公元紀(jì)年，時(shí)間采用北京時(shí)間。d)精度指標(biāo)：空間點(diǎn)位相對(duì)精度（mm）以中誤差衡量，取兩倍中誤差為限差?？臻g點(diǎn)位相對(duì)精度是指點(diǎn)云中兩點(diǎn)之間的距離與實(shí)際量測(cè)距離的較差。4.3安全保障e)項(xiàng)目實(shí)施前，提前制定安全預(yù)案；f)項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中，要確保文物安全及人員安全；g)防止儀器設(shè)備接觸到墓葬表面或傾倒碰撞到文物本體；h)在高處測(cè)量時(shí)，人員要系安全帶；i)移動(dòng)設(shè)備與墓葬表面之間安全距離≥500mm；3j)采用固定掃描設(shè)備及支架的，以大于設(shè)備及支架傾倒半徑確定為與墓葬表面最小安全距k)采集人員要按照文物保護(hù)人員的基本要求進(jìn)行操作，避免因人為操作不當(dāng)對(duì)文物本體造成不可挽回的破壞。l)安排專人專用設(shè)備保管數(shù)據(jù)，保證信息安全。4.4風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案前期準(zhǔn)備工作中，明確風(fēng)險(xiǎn)范圍以及發(fā)生損害事件后的責(zé)任劃分與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案。如在工作過(guò)程中對(duì)設(shè)備的拿放、移動(dòng)等行為應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，掃描過(guò)程應(yīng)在專人監(jiān)督指導(dǎo)下進(jìn)行。如出現(xiàn)文物的損害可根據(jù)工作準(zhǔn)備前期與文物管理單位的責(zé)任劃分與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案進(jìn)行相應(yīng)處理，避免責(zé)任糾紛。工作流程見(jiàn)圖1。圖1工作流程圖46.1標(biāo)靶設(shè)置6.1.1標(biāo)靶布設(shè)a)每一掃描站的標(biāo)靶≥4個(gè)。b)相鄰兩掃描站的公共標(biāo)靶≥3個(gè)。c)標(biāo)靶在相鄰兩掃描站連線的中點(diǎn)附近區(qū)域，均勻布置且高低錯(cuò)落。d)同一掃描站標(biāo)靶之間的距離至少有一個(gè)>等于掃描目標(biāo)物主體到掃描站的距離。e)標(biāo)靶不易設(shè)置區(qū)域，用標(biāo)靶紙?zhí)娲?.1.2標(biāo)靶測(cè)設(shè)在需要借助標(biāo)靶進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時(shí)，在不同控制點(diǎn)上施測(cè)5次以上，各次測(cè)量最大互差≤3mm，高程最大互差≤2mm。取各次測(cè)量平均值作為標(biāo)靶的中心坐標(biāo)。6.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集6.2.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的基本要求f)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的分辨率原則為采樣點(diǎn)距均勻、越精細(xì)越好，因精細(xì)數(shù)據(jù)會(huì)造成數(shù)據(jù)量的加大，對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)處理和保存等都增加了難度，實(shí)施中結(jié)合實(shí)際情況選擇適合的分辨率。下面是采集精度基本要求：g)墓葬空間，分辨率≥5mm，采集精度為1mm~3mm。6.2.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的流程按照以下步驟進(jìn)行采集：a)布置三維點(diǎn)云采集的現(xiàn)場(chǎng)條件，準(zhǔn)備輔助設(shè)施，包括腳手架、電源、遮光布等；b)校準(zhǔn)儀器，確保其工作性能達(dá)到最佳水平；c)規(guī)劃掃描視點(diǎn)，設(shè)定掃描路徑，采集三維點(diǎn)云；d)在數(shù)據(jù)采集軟件中對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行拼接、檢測(cè)，確保數(shù)據(jù)完整性；e)保存原始數(shù)據(jù)，按附錄A填寫現(xiàn)場(chǎng)記錄。6.3圖像數(shù)據(jù)采集6.3.1圖像數(shù)據(jù)采集的基本要求圖像數(shù)據(jù)主要包括：墓葬壁畫和墓葬紋理圖像。圖像數(shù)據(jù)采集的原則為越整體連貫越好，圖像角度為正投影視角；根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的設(shè)備及燈光。下面是對(duì)圖像采集的要求：a)圖像采集使用滿足分辨率要求的單反相機(jī)，單張圖像相幅設(shè)置到相機(jī)的最大分辨率；b)相機(jī)的最小像素應(yīng)≥4000萬(wàn)像素，拍攝對(duì)象實(shí)際分辨率≥300dpi；小型墓葬推薦分辨率≥600dpi，大型墓葬≥300dpic)拍攝角度應(yīng)保持鏡頭正對(duì)目標(biāo)面；無(wú)法正對(duì)拍攝時(shí)，先拍攝全景，再拍攝局部，保證數(shù)據(jù)完整；照片拍攝要有連貫性；d)拍攝照片時(shí)燈光要分布均勻，杜絕出現(xiàn)陰影、高光、亮點(diǎn)或暗點(diǎn)。e)相鄰照片之間保證有≥40%的重疊區(qū)域；f)圖像文件格式應(yīng)選擇TIFF或RAW+JPEG。6.3.2圖像數(shù)據(jù)采集的流程按照以下步驟進(jìn)行采集：a)布置圖像數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)條件，準(zhǔn)備輔助設(shè)施，包括腳手架、電源、遮光布等；b)設(shè)置光源，放置色卡，調(diào)整相機(jī)，校準(zhǔn)儀器，確保其工作性能達(dá)到最佳水平；c)規(guī)劃拍攝視點(diǎn)與角度，采集圖像數(shù)據(jù)；d)拍攝后，現(xiàn)場(chǎng)檢查照片完整性，保存原始數(shù)據(jù)。57.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理7.1.1點(diǎn)云配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)需按照掃描站點(diǎn)路徑順序拼接，確保站點(diǎn)拼接數(shù)據(jù)的正確性和連續(xù)性，避免出現(xiàn)錯(cuò)站漏站的情況發(fā)生。對(duì)于長(zhǎng)直的連續(xù)站點(diǎn)可進(jìn)行間接拼接的方式進(jìn)行宏觀拼接，保證總體誤差偏小后在進(jìn)行平差。整體平差后要求站點(diǎn)平差精度≤2mm。7.1.2坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換墓葬三維掃描點(diǎn)云，不使用絕對(duì)坐標(biāo)的整體轉(zhuǎn)換。采用3個(gè)以上、分布均勻的同名點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，通過(guò)參數(shù)模型解算點(diǎn)云坐標(biāo)系和絕對(duì)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差<5mm。7.1.3降噪與抽稀點(diǎn)云數(shù)據(jù)中存在脫離掃描目標(biāo)物的異常點(diǎn)、孤立點(diǎn)時(shí)，根據(jù)視點(diǎn)的數(shù)量采用濾波方法或人工手動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)降噪處理。對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀符合下列規(guī)定：a)掃描目標(biāo)物表面曲率變化小的區(qū)域采用均勻抽稀，抽稀的原則滿足建模時(shí)點(diǎn)密度要求；b)掃描目標(biāo)物表面曲率變化明顯區(qū)域采用保持特征的抽稀，根據(jù)法向量變化和曲率識(shí)別特征區(qū)域進(jìn)行抽稀。7.2圖像數(shù)據(jù)處理圖像數(shù)據(jù)處理包括圖像色調(diào)調(diào)整和色彩糾偏、變形糾正、圖像配準(zhǔn)、格式轉(zhuǎn)換，符合下列要a)圖像出現(xiàn)曝光過(guò)度、曝光不足、陰影、相鄰圖像間的色差等現(xiàn)象時(shí)，進(jìn)行色調(diào)調(diào)整，色彩糾偏，保持圖像反差適中、色調(diào)一致；b)因視角或鏡頭畸變引起變形，對(duì)圖像的變形部分作糾正處理；c)圖像配準(zhǔn)時(shí)，保證圖像細(xì)節(jié)表現(xiàn)清晰，無(wú)配準(zhǔn)鑲嵌縫隙；d)將處理后的圖像轉(zhuǎn)換為通用的文件格式；e)處理后的圖像應(yīng)與實(shí)地情況相符，真實(shí)反映實(shí)際材質(zhì)的圖案、質(zhì)感、顏色及透明度。7.3三角網(wǎng)格模型構(gòu)建由點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用點(diǎn)云封裝進(jìn)行三角網(wǎng)格模型的建立，構(gòu)建后需根據(jù)現(xiàn)狀對(duì)三角網(wǎng)模型進(jìn)行進(jìn)一步修復(fù)操作。7.3.1三角網(wǎng)格的精簡(jiǎn)三角網(wǎng)格的精簡(jiǎn)采用基于曲率的精簡(jiǎn)方式，保留物體的特征。數(shù)據(jù)量的控制根據(jù)建模對(duì)象的要求和計(jì)算機(jī)的處理能力而定。7.3.2三角網(wǎng)格的平滑三角網(wǎng)格平滑是在保持物體特征的基礎(chǔ)上，去除丁狀物、高折射邊、自相交，通過(guò)設(shè)置平滑的程度以處理物體的不同部位。7.3.3三角網(wǎng)格的修補(bǔ)三角網(wǎng)格修補(bǔ)是在幾何建模過(guò)程中對(duì)由于掃描死角等產(chǎn)生的漏洞進(jìn)行修補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)部位與已有部位的光順連接，采用保證曲率的孔洞修補(bǔ)方式。7.4紋理模型構(gòu)建對(duì)三角網(wǎng)格模型進(jìn)行紋理映射形成紋理模型，滿足如下要求：a)紋理映射所用照片必須亮度均勻統(tǒng)一，無(wú)明顯色彩差異；b)UV圖不得有重疊，建議每塊UV之間有10pix的距離；6c)當(dāng)目標(biāo)物過(guò)大時(shí)，使用多張UV圖。8.1三角網(wǎng)格模型a)三角網(wǎng)格模型為高精度三角面片網(wǎng)格模型，模型分辨率≥5mm，三角單邊距離≤0.3mm；b)網(wǎng)格模型表面不得有破面及高銳角面，對(duì)于遮擋部分可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)順滑；c)當(dāng)模型數(shù)據(jù)>4G時(shí)，除保存整體模型外，需保存切塊后模型，單塊模型<4G，且相鄰兩塊模型之間有重疊。8.2紋理模型a)紋理映射的閾值（三角網(wǎng)模型與圖像的對(duì)應(yīng)點(diǎn)偏差值）<0.5mm。b)紋理映射完成后須嚴(yán)格檢查圖像和三角網(wǎng)模型的匹配質(zhì)量，對(duì)于超過(guò)閾值的映射，需重新紋理映射。c)紋理表面不得出現(xiàn)接縫、陰陽(yáng)面等非正常效果；貼圖大小為8192*8192；貼圖分辨率不<300dpi。8.3數(shù)字正射影像a)正射影像圖無(wú)明顯配準(zhǔn)痕跡，圖像色彩接近真彩色，紋理清晰，色調(diào)均勻，反差適中；b)正射影像圖分辨率不<300dpi，圖片格式為PSB/PSD。c)出具≤1G的JPG簡(jiǎn)體正射影像圖，該圖內(nèi)需有規(guī)范標(biāo)尺，并附有TXT文檔描述其導(dǎo)入第三方軟件時(shí)所需的導(dǎo)入?yún)?shù)，確保導(dǎo)入后為1:1尺寸。8.4平面圖、立面圖、剖面圖a)平面圖、立面圖、剖面圖制作應(yīng)符合GB/T50001和GB/T50103、GB/T50104相關(guān)規(guī)定；b)剖面圖采用點(diǎn)云切片方式繪制，使切片點(diǎn)云投影到平面，基于投影點(diǎn)云描繪；c)由于點(diǎn)云采集不全，無(wú)法準(zhǔn)確獲取結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，對(duì)于目標(biāo)物交接關(guān)系明確的，可根據(jù)露明部分尺寸推算隱蔽尺寸，反推算的結(jié)果補(bǔ)充特別說(shuō)明；d)平面圖、立面圖、剖面圖的結(jié)構(gòu)尺寸比對(duì)實(shí)地檢核值，較差應(yīng)≤1cm；e)基于數(shù)字正射影像繪制某一比例尺的平面圖、立面圖，依據(jù)的正射影像的比例尺≥繪制比例尺的2倍。表1數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)格式.ASC、.TXT、.XYZ、.PTS、.PTX、.OBJ等照片.RAW、.TIFF、.JPG、.PNG等幾何模型.STL、.OBJ、.PLY等紋理模型.WRL、.3DS、.OBJ、.IGS等數(shù)字正射影像.TIFF、.JPG、.TGA、.PNG等視頻數(shù)據(jù).WMA、.AVI、.MP4、.MPEG等控制點(diǎn)、標(biāo)靶點(diǎn).TXT、.PTS、.PTX等710.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)按表2點(diǎn)云數(shù)據(jù)檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容評(píng)價(jià)。10.2三維模型按表3三維模型檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容評(píng)價(jià)。10.3平面圖、立面圖、剖面圖按表4平面圖、立面圖、剖面圖檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容評(píng)價(jià)。10.4評(píng)價(jià)方法應(yīng)按照GB/T24356及GB/T18316的規(guī)定進(jìn)行。表2點(diǎn)云數(shù)據(jù)檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容質(zhì)量元素詳查內(nèi)容點(diǎn)云覆蓋情況1．原始點(diǎn)云密度；2．原始點(diǎn)云噪點(diǎn)情況；3．原始點(diǎn)云點(diǎn)間距；4．處理后點(diǎn)云密度；5．處理后點(diǎn)云完整性；6．處理后點(diǎn)云是否有分層，配準(zhǔn)結(jié)果僅作參考，以點(diǎn)云切片檢查實(shí)測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)。點(diǎn)云著色情況具有真實(shí)RGB信息表3三維模型檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容質(zhì)量元素詳查內(nèi)容點(diǎn)云模型正確性1．點(diǎn)云模型單位選擇：mm。2．檢查點(diǎn)云模型的可靠性a）單掃描站云數(shù)據(jù)無(wú)相對(duì)偏移；b）點(diǎn)云數(shù)據(jù)噪聲情況；3．檢查點(diǎn)云數(shù)據(jù)是否有分層。三角網(wǎng)格模型正確性1．三角網(wǎng)模型的單位：mm；2．三角網(wǎng)模型的空間位置是否正確，保證其與原始點(diǎn)云的空間位置一致；3．無(wú)關(guān)