三维激光扫描在文物考古中应用

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1、三维激光扫描在文物考古中应用　　摘要：随着测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的坐标测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，目前已被广泛应用于文物考古领域。本文即详细阐述了三维激光扫描在文物考古中的应用要点。关键词：三维激光扫描；文物考古；点云；数字线划图；模型中图分类号：K85文献标识码：A三维激光扫描技术概述三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”，是20世纪90年代中期出现

2、的一种以三维激光扫描仪和扫描信息处理技术为核心的数据采集与处理技术，其革命性的数据采集方式开创了面式数据采集的新纪元，因其满足了文物考古测绘领域非接触、高速度、高密度、全数字化的数据采集要求，在短短几年时间内迅速在考古发掘、古建筑测绘等文物保护领域得到了广泛应用。（一）工作原理8三维激光扫描技术，通过内部的激光脉冲发射器向目标物发射激光脉冲，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反射回来的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出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，同时扫描控制模块控制和测量每个激光脉冲的

3、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（云点），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）三维激光扫描技术的特点非接触式三维激光扫描技术采用非接触式高速激光测量方式，不需反射棱镜，直接对目标体进行扫描，采集目标体表面云点的三维坐标信息。在目标危险、环境恶劣、人员无法到达的情况下，传统测量技术无法完成，此时三维激光扫描技术优势明显。数字化程度高、扩展性强三维激光扫描系统采集的数据为数字信号，具有全数字的特征，易于处理、分析、输出、显示。而且后处理软件用户界面友好，能够与其它常用软件进行数据交换及共享，可与外

4、接数码相机、GPS配合使用，拓宽其应用范围，具有较好的扩展性。高分辨率8三维激光扫描技术可以进行快捷、高质量、高密度的三维数据采集，从而达到高分辨率的目的。应用广泛、适应性强由于其良好的技术特点，在工程建设各领域，应用广泛。对使用条件要求不高，环境适应能力强，适合野外测量。三维激光扫描在文物考古中的实施步骤及应用成果（一）实施步骤三维激光扫描作为一种获取三维空间信息手段，其工作流程与传统的测量手段有很多的相似之处但也有其自身的特点。主要过程和技术要点如下图所示：图三维激光扫描工作流程图（二）应注意的问题1、现场踏勘时，认真分析现场地形、地物分布特点，合

5、理设置扫描站点，尽量的避免扫描盲区的出现，重点保证重要的地形、地物不会在盲区中出现。 2、对古建扫描时，建议对不同的部分采用不同分辨率扫描。比如对地面或者表面平整的墙壁，天花板等可采用较小的分辨率（一般情况下2cm）。但对于体形较小，结构复杂的构建要用相对密集的点云表示（毫米级），有时候要用最大扫描密度来扫描（比如对分布在带有浮雕的墙壁、柱子等）。 83、使用外置相机系统拍摄照片时，可以在扫描之前自然光线较好的条件拍摄，因为可能在扫描完毕后，为时已晚或遇到下雨天气等情况，耽误了拍照的时机。拍照时可设置自动包围曝光，每个场景有三张照片

6、：当前曝光值照片、正补偿值照片、负补偿值照片，然后内业在作选择。（三）应用成果1、点云数据代表扫描对象的一个个“测点”形成的“点集合”构成了三维激光扫描最原始的成果，称为“点云”。点云虽然经过了扫描算法的处理，但相对于传统单点式测量方法所具有的高密度和全息化的特点，可作为原始资料进行存档。同时，点云作为扫描对象的全数字化实景模型，可实现室内的真实量测。在考古挖掘的不同阶段，对挖掘现场进行扫描，可实现考古挖掘行为的动态化管理和考古过程数字化再现。在建筑遗产保护领域，借助于高精度的地面控制网，可实现文物建筑遗产的连续性扫描监测。2、二维数字线划图二维数字线

7、划图是文物保护工程领域所习用的工程语言，三维激光扫描系统为绘制不同部位、不同方向的二维数字线划图提供了强大的绘制功能，使处于前端的文物测绘调查工作和后续的保护规划制定、修缮工程设计、施工等实现了无缝对接。二维线划图的绘制根据测绘对象的特点可以采用下述几种技术路线实现:8（1）对于局部构件的绘制，直接在点云上量取绘图所需要的长、宽、高数据，然后借助绘图工具绘制二维图；（2）对于剖面图等截割投影图，根据绘图部位和绘制精度形成绘图区域的点云“切片”，将点云切片导入AUTO-CAD等图形绘制软件形成二维线划图；（3）对于空间关系不明显、不易识别的测绘对象，借助

8、高分辨率照片形成被测对象的正摄影像，然后绘制二维线划图。二维线划图是对被测对象高度抽象化的结果