三维扫描技术在古建筑中的应用

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1、三维扫描技术在古建筑中的应用：三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这种技术已经引起了广大科研人员的关注。作为新的高科技产品，三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘等领域里应用。本文针对三维扫描技术在古建筑中修缮保护中的应用等问题进行了探讨。　　关键词：三维激光扫描技术；古建筑保护　　前言　　随着经济的发展，科技在不断的创新，这些年来，工程测量在工程行业里的应用在不断的拓宽，传统的坐标测量仪器如全站仪，断面仪已满足不了高精度的三维坐标测量，相比较这些传统的测量技术，国际上近期发展的

2、一项高新技术--三维激光扫描技术，这种技术具有极大的优势所在，通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。作为新的高科技产品，三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘等领域里应用。　　一、三维激光扫描技术的工作原理　　三维激光扫描技术，是通过内部的激光脉冲发射器向目标物发生激光脉冲，反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫过被测目标，信号接收器接收来自目标体发射回来的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出

3、到被测物表面返回仪器所经过的时间可以获得被目标体到扫描中心的距离，同时扫描控制模块和测量每个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β，后处理软件自动解算得出被测点的相对三维坐标，进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。　　二、扫描数据处理　　地面三维激光扫描系统扫描得到的数据是点云数据(PointsCloud)，记录了有限体表面上离散点的空间坐标和某些物理参量。点的表示形式为(x,y,z,intensity,R,G,B)，不仅包含了点的空间位置关系，还包括点的强度信息和颜色灰度信息。离散的点云数据并不能够真实准确地表达构筑物的整体模型，为了满

4、足三维建模的需求，首先要对所获得的原始点云数据进行处理，包括数据滤波、坐标系转换、数据配准。　　三、三维激光扫描技术的特点　　三维激光扫描系统是目前国际上最先进的获取地面空间多目标三维数据的长距离影像的测量技术。它将传统测量系统的点测量扩展到面测量，它可以深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作，并直接将各种大型，复杂实体的三维数据完整的采集到计算机中，进而快速重构出目标的三维模型及点、线、面、、体等各种几何数据，而且它所采集到的三维激光点云数据还可以进行多种后处理工作。三维激光扫描技术利用激光的独特的有异性能用作扫描测量，该技术具有非接触测量、数据

5、采样率高、主动发射扫描光源、具有高分辨率、高精度数字化采集结构紧凑等特点。　　四、三维激光技术应用于古建筑保护实例　　1、古建筑特征　　古建筑是历史政治经济文化的凝聚物，不同时代的建筑见证了不同的政治、文化和审美，不同的民族其建筑也有其独特的风格。中国古建筑在外型上主要由屋顶、屋身和台基三部分组成；建筑的结构有石块和木质，其中80%以上是木质结构。细部台基、立柱、斗拱和屋顶结构繁杂；门窗天花板形式多种多样，图案栩栩如生。其建筑物内涵极为丰富，因而对保护建筑物这些特征所要求的技术非常高。　　采用三维激光影像扫描技术，能在不损伤建筑物的条件下，快速采集古

6、建筑物外部表面的精确数据。通过使用软件，可以快速地为扫描获得的点云赋予相应的彩色信息，再经过加工便制作成正射影像，向用户展示一个完全的实景彩色图像。相对于以往近景摄影来说，正射影像具有更为精确的可量测性，古建筑设计和保护人员可以精确对门、窗、柱、梁等构件进行测量，借助CAD便可以制作出用于施工的CAD数据图。　　2、三维激光扫描在古建筑保护中应用　　用三维激光测量古建筑，其步骤如下：　　第一步：古建筑表面数据采集。主要内容有：确定测绘方案，三维激光实地扫描。　　本实验以TrimbleGX3D激光扫描系统测量中山纪念堂为例，实验设置了三个标靶点，测量时

7、仪器Z轴垂直。　　　　第二步：内业数据处理。主要内容包括：数据转换、点云数据配准、数据建模、实物量测和数据存档。　　表1标靶点坐标值　　第一测站/(mm)第二测站/(mm)　　标靶点XYZXYZ　　B13071.923341.951543.87-21461.2639844.931516.14　　B22970.82-12629.371523.50-7676.8331769.841533.19　　B3981.71-16874.301485.69-4998.8227924.101504.60　　根据表1计算得其六参数数据转换精度约为±1.2mm。　　内业处

8、理软件为：与扫描仪相配套的数据处理软件RealworksSurvey。在配准模式下，不同测站的点云数据融合在