摘要：随着数字化的迅速发展，传统的测绘方法逐渐被三维激光扫描、倾斜摄影以及遥感等数字化测绘技术所取代。近些年研究表明，不论是哪种技术，都具有一定的局限性，例如信息采集不完整等，从而无法满足古建筑保护对测绘精度的需求。故融合多源数据对于古建筑测绘的发展有重要意义。基于此，对三维激光扫描和倾斜摄影在古建筑测绘中的应用进行研究，以供参考。 关键词：三维激光扫描;倾斜摄影;古建筑;数据处理
引言
现阶段通常采用古建筑物建模的方法:一是手工建模测量点的方法,即利用传统的制图方法获得古建筑物重要点的坐标,通过连接二维数据获得三维模型,软件建模和纹理插入过程;二是三维激光扫描方法。采用三维激光扫描技术获取古建筑物的点云数据,由于扫描仪的视角有盲区,因此获得的点云数据没有连续性,点云三维数据的连接误差较大,行业工作量较大;第三,在低空,无人机可以快速获取古建筑物的全景图,用不同角度的物镜生成模型,并根据算法实现纹理图,达到快速准确的仿真效果。
1三维激光扫描技术特征
激光是一种高科技光源,用于增强激发辐射。与普通光源相比,激光具有高定向、亮度、强单和良好的相关性等特点。随着科技水平的不断突破,激光技术也取得了质的飞跃,结合现代电子技术,逐渐从静态点测向动态三维测量转变。20世纪90年代末,美国CYRA公司、法国MENSI公司等开始在制图领域应用三维激光扫描技术进行实验,取得了良好的效果。三维激光扫描技术的应用为人们提供了更多的测量机会。过去,在收集三维信息时,通常对一个固定点进行三维数据采集,结合近场和航空摄影测量方法,实现对物体三维坐标参数的测量。然而,使用传统方法在单点获取三维坐标不仅在更复杂的地形上运行缓慢且效率低下,而且还具有大量无法准确和详细描述的物理数据。因此,在采用光学摄影方法对三维数据模型进行数据信息测量时,对测量设备的要求很高,而后续数据处理非常复杂和广泛,数据偏差较大,难以保证测量结果的稳定性和准确性。与这两种测量方法相比,三维激光扫描技术可以克服这些缺点,不再使用单点测量方法获取点坐标,可以在短时间内完成对物体表面的广泛三维坐标的测量,得到的点坐标称为“点云”。
2在古建筑测绘中利用地面三维激光扫描技术存在的问题
在古建筑测绘工作中利用地面三维激光扫描技术还存在一些问题。（1）由于该技术的测量精度较高且不需要特殊的设备材料，所以在进行地面三维激光扫描工作时会受到一定限制；因此就需要在测区内布设监测点，但测区内会存在很多干扰因素，从而对测量精度产生影响。（2）由于地面三维激光扫描技术采用的是主动激光雷达技术而不是被动式的激光雷达测量方法，因此其在建筑物周围环境中难以实现准确定位，尤其是一些低矮建筑和树木等物体更容易受到激光扫描设备的影响；同时为了使测量精度更高，还需要将激光点云数据与其他信息进行综合计算以实现精准定位。（3）由于地面三维激光扫描技术在古建筑测绘中应用不够成熟，所以在数据采集过程中还会受到噪声和错误坐标的影响。
3三维激光扫描和倾斜摄影在古建筑测绘中的应用
3.1点云数据融合
通过对比倾斜摄影和三维扫描所获取的点云模型可以发现，倾斜摄影的点云模型中缺少千柱屋的内部结构和屋檐下方部分墙体数据，而三维扫描的点云模型中缺少部分建筑外立面及屋顶数据，这体现了单一测绘技术的局限性。然而，三维扫描和倾斜摄影的点云模型分别包含对方所缺少的数据，理论上融合该2种技术的优势能弥补各自的局限性，从而大大提
高测绘结果的完整性及质量。数据融合旨在创建一个独特的三维点云模型，能够将倾斜摄影和三维扫描的数据合并在一起，实现优势互补，更好地还原千柱屋的现状。通过融合数据，可以使点云模型更好地应用于古建筑的三维建模，本文将利用TrimbleＲealworks和Ｒhinoceros软件介绍一种多源数据融合方法。分别将处理后的三维扫描点云数据和倾斜摄影点云数据导出为．pts文件，并导入到Ｒhinoceros中。在Ｒhinoceros中，利用坐标变换，将两点云数据进行坐标对齐处理。
3.2控制网的布设
获得任何一个建筑物完整的点云数据，必须进行多次扫描，而每个站点的观测点云资料并不是相互关联的，因此要将各个站点的点云资料集中在一个坐标系统中。在选取的时候，各个节点的间距要差不多相同，而且要保证足够的视野，以便于安装。测试网络以单独的座标方式布置，北边为零边，因其构造较为繁复，要想得到点云的全部资料，必须在九处位置上设置一个铁钉作为标记，以备后续的扫描仪扫描。实验中，在最外围4个位置布置1条封闭的线路，利用全站仪测量出各边的长度和角，然后通过校正得到平面的坐标，再利用三角形的高度理论通过全站仪求取，在其他5个位置上布置5条连接线，由四个点组成封闭的线路进行平差和校验。
3.3古建筑单体化
在测量了古代建筑之后,有必要提取并仔细模拟单一模型的古代建筑。建模一个建筑物最重要的是界限的确定,建筑物与地面的分界线,即建筑物的底部与地面的边界,可以使用正交图像从建筑物的边界中提取建筑物的DLG数据。建筑模型通常具有垂直于地面的墙壁,墙壁的角度主要是矩形的。根据建筑物的特点,古建筑物的主要结构和相应的附件以整体方式提取,建筑物的单模立面投影,以获得两侧的投影,每个立面都可以显示单模建筑物的结构特征和外部纹理。由于旧建筑采用了较为美观的角落屋顶,与传统建筑的建模相比,旧建筑的改造更加困难。经过精心处理后,将单独的投影片段连接在一起,组合成一个完整的单室建筑物,建筑物的前部和侧面。
3.4古建筑虚拟修复
过去以传统方式保护和修复旧建筑存在较大缺陷,但通过虚拟现实技术的集成,可以有效地增加旧建筑的保护和修复的多样性,进一步提高旧建筑的修复水平。基于三维激光扫描技术,将采集到的数据和信息转化为三维模型,同时在三维空间中动态、多角度展示古建筑模型,根据古建筑的特点和文化内涵营造出适当的氛围,充分体现了古建筑虚拟修复的优势。在对古建
筑进行虚拟保护和修复的实际工作中,第一步是利用三维激光技术对古建筑结构进行全面扫描,然后立即在得到的巨大点云周围进行三维连接,同时浏览大量文献资料,完成古建筑的门、窗、梁等关键建筑结构的三维模型建造,对损坏的场所或损坏的区域进行虚拟修复,以恢复古建筑的原始外观。基于已建成的古建筑三维模型,在对点云数据进行分析和整合的基础上,可以构建古建筑虚拟修复系统,将古建筑中出现的各种病害信息导入系统,方便后期查看和统计,最终形成古建筑病害基础信息库。
结束语
随着社会科技水平的不断提高和国家古建筑保护机制的不断完善,三维激光扫描技术应运而生。三维激光扫描技术是世界上先进的非接触式高精度、高效地图绘制技术,在保护古建筑和文物的基础上,与传统地图绘制方法相比,其便利性和准确性显示出其优越性。目前,公众对研究成果的接受和应用,结合三维激光技术等技术日益广泛,本文对国内市场销售和广泛使用的具有代表性的三维激光扫描仪的技术参数进行了比较分析,以选择更经济的扫描仪器;获得的点云数据用于三维建模,以反映三维激光扫描技术的真实再现。
参考文献
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