基于數(shù)字化技術(shù)古建筑保護(hù)探究

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1、基于數(shù)字化技術(shù)古建筑保護(hù)探究　　【摘要】相對于我國先進(jìn)的古代建筑技術(shù)，我國在古建筑數(shù)字化保護(hù)方面還是比較落后，急需利用現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)對古建筑進(jìn)行保護(hù)和研究。古建筑的數(shù)字化保護(hù)與傳承綜合應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)、數(shù)字采集與處理進(jìn)行三維建模，再建立數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)工程等相關(guān)科技對產(chǎn)生的“虛擬模型”設(shè)計(jì)了具有多維展示、數(shù)據(jù)庫管理、監(jiān)測分析和決策支持等功能的古建筑數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)，從技術(shù)層面上加強(qiáng)了對古建筑保護(hù)的力度?！娟P(guān)鍵詞】古建筑數(shù)字化保護(hù)三維建模一、引言當(dāng)今世界都很重視人類文化遺產(chǎn)的傳承與保護(hù)，而古建筑都是人類重要的文化遺產(chǎn)之一，它們見證

2、了人類歷史的發(fā)展過程。然而，隨著時間的流逝，歲月風(fēng)雨的洗禮，人為的破壞因素等，使得這些古建筑正在逐漸消失。特別是現(xiàn)如今城鎮(zhèn)化水平的加速提高，對古建筑破壞將更加嚴(yán)重。必須采取一系列措施和藝術(shù)手法對古建筑進(jìn)行復(fù)原與保護(hù)，所以如何運(yùn)用高科技手段來保護(hù)古建筑文化遺產(chǎn)，是當(dāng)下政府應(yīng)該非常重視和關(guān)心的事情。數(shù)字化復(fù)原技術(shù)在對古建筑的保護(hù)、展示、修復(fù)和復(fù)原等過程中就起到了非常重要的作用，它為古建筑文化遺產(chǎn)的復(fù)原和傳承提供了全新的平臺。7二、數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)古建筑保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，為古建筑數(shù)字化保護(hù)提供人財物力損失最小的方案以及

3、相關(guān)的技術(shù)服務(wù)。該系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)、監(jiān)測分析以及保護(hù)評價技術(shù)等，進(jìn)行古代建筑數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。其中數(shù)據(jù)庫的建立主要有空間庫和結(jié)構(gòu)屬性數(shù)據(jù)庫兩部分；數(shù)據(jù)采集與處理分為二維和三維數(shù)據(jù)采集與處理；并利用環(huán)境監(jiān)測與分析對古建筑的保護(hù)進(jìn)行實(shí)時評價與分析，達(dá)到立體式、全方位、時時的保護(hù)。系統(tǒng)的主要模塊及功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。三、數(shù)據(jù)的采集與處理（一）研究對象概況本文以位于浙江省浦江縣的全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位-江南第一家的“牌坊”為研究對象，將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等學(xué)科與建筑工程學(xué)科相結(jié)合，將計(jì)算機(jī)

4、領(lǐng)域當(dāng)前主要的二維數(shù)字化及三維建模技術(shù)的最新研究成果，應(yīng)用于古建筑的數(shù)字化保護(hù)，并為珍貴古建筑、遺跡等文物的修繕和復(fù)原工作提供更加準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)。（二）二維數(shù)據(jù)采集與處理7利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息領(lǐng)域最新發(fā)展技術(shù)，將現(xiàn)有保存下來的文物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如進(jìn)行照片的拍攝，利用傳統(tǒng)的測量工具進(jìn)行測量，再結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)軟件AutoCAD將測繪出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制。如圖2所示，就是某一牌坊的CAD圖紙。（三）三維數(shù)據(jù)采集與處理將古建筑測繪的信息包含于三維模型中，數(shù)字三維模型比二維圖形包含更豐富的信息，更接近人們的日常生

5、活空問，能夠精確、形象、豐富地記錄建筑物的外形外觀、建筑風(fēng)格、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。三維數(shù)據(jù)采集的常用方法有“三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集”。對工程圖進(jìn)行三維重建主要是指從工程圖所提供的二維信息中提取三維信息，然后進(jìn)行處理；根據(jù)繪制的牌坊標(biāo)注草圖，在AutoCAD中繪制出牌坊的正立面圖、左立面圖、背立面圖以及右立面圖的主要輪廓，并且將所有線條設(shè)為同一種顏色，以便于在3DMAX中編輯處理。（1）三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。點(diǎn)云數(shù)據(jù)在采集過程中受到系統(tǒng)和環(huán)境等因素的影響，需要借助后處理軟件，進(jìn)行去噪、平滑等操作后才能轉(zhuǎn)化為有用的空間信息，為后面的曲面重構(gòu)做準(zhǔn)備

6、。實(shí)驗(yàn)過程中采用軟件對預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，構(gòu)造相關(guān)特征曲線，再根據(jù)所繪制的曲線繪制網(wǎng)格、繪制曲面等。具體實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示7（2）三維激光掃描數(shù)據(jù)的處理。傳統(tǒng)的記錄古建筑內(nèi)部大木結(jié)構(gòu)的方法，是用拍照和拉皮尺進(jìn)行量測和記錄。但是一般古建筑的大木結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用傳統(tǒng)方法獲得大木結(jié)構(gòu)的實(shí)體曲面模型是一件相當(dāng)困難和耗時的工作。而運(yùn)用三維激光雷達(dá)掃描技術(shù)，能夠在很大程度上輕松解決這些技術(shù)難點(diǎn)。激光掃描儀通過運(yùn)用激光束從被發(fā)射到激光束到達(dá)被測物體再被反射回掃描儀的時間差，得到掃描儀到被測物體的距離，再運(yùn)用連續(xù)轉(zhuǎn)動的用來反射

7、脈沖激光的鏡子的角度值得到被測物體的三維坐標(biāo)。然后利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和相應(yīng)的建模軟件制作出三角網(wǎng)模型，最后利用這兩種模型來提取古建筑的線性特征。用三角網(wǎng)模型來制作平面圖剖面圖和立面圖。（3）古建筑的三維模型重建。要將經(jīng)過掃描得到的點(diǎn)云轉(zhuǎn)化為通常意義上的三維模型，系統(tǒng)軟件至少應(yīng)該具備以下條件：常用的三維模型組件（如柱體、球體、管狀體、長方體等立體幾何圖形）；與模型組件相對應(yīng)的點(diǎn)云匹配算法；幾何體表面TIN多邊形算法。當(dāng)進(jìn)行三維建模時，可利用系統(tǒng)軟件提供的自動分段處理工具從掃描的點(diǎn)云圖中抽取出一部分，共同組成一個物體或物體的一部分

8、點(diǎn)，以進(jìn)行自動匹配處理，但這種自動匹配方式的處理只適用于那些與軟件中所包含的常用幾何形體相一致的目標(biāo)實(shí)體組件。得到物體真實(shí)的三維立體影像。圖4為建模、渲染后某一牌坊的效果圖。四、數(shù)據(jù)庫的建立（一）古建筑數(shù)據(jù)庫的建立7古建筑信息是空間位置信息與屬性信息的有機(jī)結(jié)合，一個完善的古建筑數(shù)據(jù)庫必須以