文物模型重構(gòu)保護(hù)與手持式三維掃描的結(jié)合

文物是國家不可再生的文化資源，實(shí)施文物保護(hù)，建立文物檔案有著非常重要的意義。以文物保護(hù)為目的的測繪要求準(zhǔn)確地反映文物建筑的現(xiàn)狀，包括殘損、構(gòu)件錯(cuò)置、改動、變形的情況，手工測繪中難以準(zhǔn)確、清晰地表現(xiàn)出文物建筑現(xiàn)狀，或有可能在測繪過程中被忽略。三維激光掃描為解決這一問題提供了可能性。三維激光掃描技術(shù)以激光反射的原理獲取靜態(tài)物體表面的海量三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用高精度逆向三維建模及重構(gòu)技術(shù)，以同步獲取目標(biāo)范圍的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和數(shù)碼照片的方式快速獲取大型實(shí)體或?qū)嵕暗饶繕?biāo)的三維立體信息，通過計(jì)算機(jī)重構(gòu)其3D數(shù)據(jù)模型，再現(xiàn)客觀事物的實(shí)時(shí)的、變化的、真實(shí)的形態(tài)特性，為快速獲取空間數(shù)據(jù)的提供了有效手段，圓滿解決了工程施工中的技術(shù)難題，尤其對于景區(qū)文物類的實(shí)體對象，因其是非接觸式測量，所以不會對文物構(gòu)成任何的傷害；此外，對游客的游覽參觀也幾乎沒什么影響。通過對三維激光掃描技術(shù)技術(shù)的應(yīng)用，修繕設(shè)計(jì)將更好地秉承歷史原物的獨(dú)特風(fēng)格，協(xié)調(diào)建筑形式、空間格局、材質(zhì)色澤、構(gòu)筑細(xì)部等，強(qiáng)調(diào)歷史建筑的原真性、可識別性、可逆性、可讀性、功能再生性。

三維激光掃描的優(yōu)點(diǎn)是：一是快速、高精度、非接觸測圖，不用搭腳手架，也不用直接接觸文物，就可以實(shí)現(xiàn)、快速測量。對復(fù)雜對象的測量提供更準(zhǔn)確的點(diǎn)云信息，數(shù)據(jù)結(jié)果可以方便與CAD軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)快速線劃圖生成。二是數(shù)字化記錄和保存文物，對于重要的文物，通過三維激光掃描，能夠完整將相關(guān)信息記錄，用于保存和復(fù)制。當(dāng)建筑和文物遭到破壞時(shí)能及時(shí)而準(zhǔn)確地提供修復(fù)數(shù)據(jù)。瑞格三維激光掃描儀可以完成高達(dá)3毫米精度的測量，采樣點(diǎn)間距可以小于2毫米，充分勝任雕刻、精細(xì)結(jié)構(gòu)的記錄。對于考古挖掘過程，也可以快速進(jìn)行現(xiàn)場三維記錄。三是三維模型不僅可以用來保存文物的數(shù)據(jù)，還可以用于虛擬展示，這就是所謂的“數(shù)字博物館”。借助數(shù)字博物館，參觀者無需親身前往，即可瀏覽到文物的全貌，更重要的是讓更多的人了解前人留下的珍貴文化遺產(chǎn)并能解決旅游推廣與文物保護(hù)之間的矛盾。

三維激光掃描在文物保護(hù)方面的用途：

1、獲取原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)

點(diǎn)云數(shù)據(jù)是實(shí)際物體的真實(shí)尺寸的復(fù)原，是完整、精細(xì)和快捷的對物體現(xiàn)狀進(jìn)行檔案保存的手段，點(diǎn)云數(shù)據(jù)不但包含了對象物體的空間尺寸信息和反射率信息，結(jié)合高分辨率的外置數(shù)碼相機(jī)，可以逼真的保留對象物體的色彩信息；結(jié)合其他測量儀器諸如全站儀、GPS，可以將整個(gè)掃描數(shù)據(jù)放置在一定的空間坐標(biāo)系內(nèi)，定位物體的每個(gè)點(diǎn)位，因此，點(diǎn)云數(shù)據(jù)所保存的信息，可以說是空間物體原貌的真實(shí)反應(yīng)。通過Cyclone軟件，我們可以在點(diǎn)云中實(shí)現(xiàn)漫游、瀏覽和對物體尺寸、角度、面積、體積等的量測，直接將對象物體移到電腦中，利用點(diǎn)云在電腦中完成傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)測繪工作。在珍貴文物，古建受到諸如地震、洪水等意外破壞后可以的為文物，古建復(fù)原快速的提供為的數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以制作古建筑物的平面圖、立面圖、剖面圖，以及模型等數(shù)據(jù)。

2.古建筑測量線畫圖件

作為傳統(tǒng)文物測繪尤其是建筑文物測繪的成果之一，是各種的測繪圖件，包括平面圖，立面圖和剖面圖等。這些圖件可以表示建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造形式、分層情況，說明建筑物的長、寬、高的尺寸，門窗洞口的位置和形式，裝飾的設(shè)計(jì)形式和各部位的聯(lián)系和材料等。利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在CAD中使用Cloudworx插件，可以方便的做出建筑物的平面、立面和剖面圖。

3、古建筑變形測量

三維激光掃描儀不但可以測量單點(diǎn)的坐標(biāo),更重要的是它能以點(diǎn)云的方式獲取幾乎整個(gè)觀測目標(biāo)表面的空間信息,能較好地觀測出目標(biāo)的整體空間姿態(tài),分析出建筑物的整體變形。

4、文物模型

三維激光掃描儀比較適用于古典建筑和佛像、雕塑、壁畫等的掃描。掃描的數(shù)據(jù)可以利用Cyclone或其他第三方軟件進(jìn)行建模，構(gòu)建mesh格網(wǎng)模型，再通過紋理映射或是導(dǎo)入到其他三維軟件中進(jìn)行紋理貼圖，終得到文物的數(shù)字化的模型。

5、為文物建立、真實(shí)、完整的三維數(shù)字檔案

三維激光掃描技術(shù)能夠提供高精度的文物數(shù)據(jù)，能夠真實(shí)而又完整的對文物形狀、尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確的采集和記錄，細(xì)節(jié)部位也可以清晰表達(dá)，并通過模型優(yōu)化、紋理匹配等技術(shù)手段將文物逼真再現(xiàn)，同時(shí)，可以多角度、高清晰地展示參觀者在展柜旁無法觀賞的任意角度和精度的文物細(xì)節(jié)。這樣可以為文物建立完整的三維數(shù)字檔案，是三維數(shù)字博物館的數(shù)據(jù)來源，還可以為文物鑒定、檢測、修復(fù)與復(fù)制提供依據(jù)。因此，利用先進(jìn)的三維掃描技術(shù)和單位建模技術(shù)，把部分文物進(jìn)行完全復(fù)原，這樣不僅可以讓觀眾在屏幕上自由欣賞文物，任意旋轉(zhuǎn)文物從各個(gè)角度欣賞，還可以放大文物觀看細(xì)節(jié)，在豐富展覽形式和內(nèi)容的同時(shí)，更大程度地滿足了觀眾的求知欲和好奇心，豐富了觀眾參與的互動項(xiàng)目。

石窟藝術(shù)寶庫“搬家”到計(jì)算機(jī)。掃描得出的數(shù)字檔案還可制作虛擬洞窟游覽、多媒

體展播節(jié)目、多媒體展示等，緩解日益增大的旅游對石窟保護(hù)管理的壓力。

6、網(wǎng)絡(luò)互動展示

在互聯(lián)網(wǎng)上推出文物三維展示體驗(yàn)欄目，為該領(lǐng)域開辟了一個(gè)新的發(fā)展思路。雖然通過各種技術(shù)手段對文物信息、展覽現(xiàn)場的數(shù)字化展示方式不能取代實(shí)體博物館，但互聯(lián)網(wǎng)打破時(shí)間、空間的局限實(shí)現(xiàn)更廣泛的宣傳和公眾教育，是實(shí)體博物館無法比擬的。網(wǎng)絡(luò)展示手段多種多樣，相對于其他多媒體技術(shù)，三維數(shù)字技術(shù)對于文物的表現(xiàn)力更為逼真。對于一些不宜長期向公眾開放的文物景點(diǎn)，可以將三維圖像檔案發(fā)布于網(wǎng)上，滿足公眾的網(wǎng)上虛擬瀏覽的需求。

7、對文物進(jìn)行細(xì)致的修復(fù)，延續(xù)文物燦爛文化

所有歷史文物和遺跡都是前人智慧的結(jié)晶，然而由于文物本身的脆弱性和性，如何準(zhǔn)確獲取、保護(hù)、修復(fù)、重建、傳承這些文物成為擺在全體文物工作者面前的重要問題。在遺址測繪上，三維激光掃描量測儀可以進(jìn)行遺跡分布圖、標(biāo)高圖、斜度圖、水系流域圖等的統(tǒng)合，便于研究者對遺址的全局把握。在恢復(fù)重建方面，三維激光掃描可以深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境及空間中進(jìn)行掃描操作，并直接將各種大型的、復(fù)雜的、不規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)等實(shí)體或?qū)嵕暗娜S數(shù)據(jù)完整的采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)而快速重構(gòu)出目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)，同時(shí)，它所采集的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)還可進(jìn)行各種后處理工作如：測繪、計(jì)量、分析、仿真、模擬、展示、監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實(shí)等，還原文物本來樣貌。