概述

　　古建筑蔓延了歷史文脈，是人類文明的載體。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，古建筑的價值逐漸受到人們的高度重視。對于古建筑，必須采取積極的手段進行保護與利用。保護與利用的過程需要對古建筑進行維護、整理與修復，同時也需要保護或恢復歷史街區(qū)的空間格局與尺度。重大歷史建筑在修復前都需要進行精確的測量，以取得較完備的科學記錄檔案，為古建筑的規(guī)劃保護和修復提供第一手資料，同時也是研究古建筑史和建筑理論的重要資料。

　　項目系統(tǒng)介紹

　　現(xiàn)狀分析

　　目前階段，認識古建筑和研究古建筑的普遍途徑是手工測繪以及普通測量。我國傳統(tǒng)的古建筑測繪方法一般為人工實量法。由于這一方法費時費工、效率不高，難以保證觀測結(jié)果的精度，而且成本高也不安全，人們越來越體會到使用這一方法的不便性。近年來隨著空間定位技術(shù)、計算機技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的應用，古建筑測繪技術(shù)已進入數(shù)字化時代，已發(fā)展成為以3S集成為特征的新技術(shù)應用。

　　技術(shù)優(yōu)勢

　　在古建筑研究的活動中，用戶需要關(guān)于研究對象的完整性數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術(shù)是一項通過高密度的掃描點來記錄和表達被測古建筑形狀的技術(shù)，三維點云是最原始的測量數(shù)據(jù)，被測建筑物的幾何空間信息都被包含其中。如何利用點云，如何在點云的基礎上通過軟件來提取空間信息，決定了三維激光掃描技術(shù)在古建筑保護及維護行業(yè)內(nèi)的應用方式和成果形式。從對點云的應用方式來看，可分為檔案記錄型應用、尺寸量測型應用、三維可視化型應用和逆向重建應用。從最終的提交成果形式可分為二維圖件形式（各種平、立、剖面圖，等值線圖）和三維圖件形式（三維高密度點云數(shù)據(jù)、三維CAD模型、三角圖片格網(wǎng)等）。利用三維激光掃描技術(shù)進行古建的保護，目前主要集中在檔案記錄、三維可視化及虛擬三維重建幾個方面。

　　GLS-2000三維激光掃描儀介紹：

    GLS2000三維激光掃描儀是一款脈沖式的激光掃描儀，具有130m 、350m 、500m三種型號的掃描儀、掃描速度達到120000/秒。掃描距離達到500m，是目前中距離中最長的一款，全視角范圍360°*270°，內(nèi)置了雙相機（廣角相機、長焦相機）單幅照都達到500萬像素。內(nèi)置兩種激光1M和3R方便客戶選擇使用，內(nèi)置雙軸補償器、補償范圍為±6′，掃描方法有后視法/后方會法、這種方法速度快精度高、更加方便使用。

　　我們通過會采用以下兩種方法（后視法/后方交會法）來布置掃描站數(shù)，使用標靶坐標進行拼接，并將測站已知點和標靶連接點進行匹配，掃描方式如圖所示。

　　掃描方法：

后視法

后方交會方案示意圖

　　應用案例——

　　北京奧騰巖石科技有限公司及相關(guān)單位共同對古建筑物進行三維掃描、建筑物點云數(shù)據(jù)處理與編輯、可視化平臺下的模型展示及虛擬三維重建的工作。

　　數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集

圖4整體建筑點云效果

圖5局部建筑點云效果

　　建模流程

　　三維模型建立的流程一般由特征線提取和模型構(gòu)建兩部分組成。

　　特征線提取

　　特征線提取可采用多種方法。如自動提取剖面、等值線，根據(jù)點云自動擬合線段、圓柱、圓錐、多邊形等基本幾何形狀等。本項目成果包括單線結(jié)構(gòu)圖，提取時采用了先繪制三維結(jié)構(gòu)線，再統(tǒng)一投影到同一二維平面的方法，以保證結(jié)構(gòu)線的平面精度。

前視

內(nèi)部前視

右側(cè)

整體

　　三維模型和虛擬現(xiàn)實的創(chuàng)建

整體線框圖

在線框結(jié)構(gòu)上搭建實體模型

　　逐步細化模型直至整體建筑模型大體形態(tài)基本成型。

實體模型基本結(jié)構(gòu)

貼圖后的模型

加入燈光和天空效果的虛擬現(xiàn)實截屏

　　總結(jié)：

　　使用三維激光掃描儀比較常規(guī)測量儀器對建筑物進行測量與成圖工作，它更具有掃描速度快、實時性強、精度高、主動性強、全數(shù)字特征等特點，可以極大地降低成本，節(jié)約時間，而且使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)與設計圖紙進行分析比較，以確定其形變誤差大小等。三維激光掃描測量技術(shù)已經(jīng)在測繪領(lǐng)域有廣泛的應用。激光掃描技術(shù)在高大建筑物數(shù)字高程模型的高精度的實時獲取方面已經(jīng)表現(xiàn)出強大的優(yōu)勢，成為攝影測量與遙感技術(shù)的一個重要補充。現(xiàn)在在大型建筑的變形監(jiān)測工程、環(huán)境檢測和城市建設方面等均有成功的應用實例。