地面三维激光扫描技术在文物保护领域中的应用

1、将地面三维激光扫描技术应用于文化遗产保护领域的文化遗产保护的重要性，文化遗产保护是对各种文化遗产现场的测量、记录、复原。雕塑、古建筑、考古现场属于这个应用领域。人类社会在开发中留下了很多珍贵的文化遗产、自然和人文的遗产。随着时间的推移，这些文物为保护文物提供了新的技术手段：风、阳光、郑智薰，还有人类的损伤，部分不完整，部分消失，为了更好地保护和恢复这些珍贵的遗产。通过三维激光扫描技术扫描文物的几何和纹理信息，将其以数字形式存储或构建成三维模型，对文物的保护、复原和研究具有重要意义。文物记录一个国家和民族的特定时期政治、经济、文化的发展状况。文化遗产不能再生，也不是永生。由于自然环境的变化和人类

2、活动的影响，文物不断受到侵蚀和破坏，如何采用新技术，在不损害文物的情况下，长期保存人类宝藏成为世界课题。三维激光扫描技术由于扫描速度快，现场时间短；技术方便，人员节约；结果数据是完整的，没有丢失。适用于测量不规则物体、石窟庵、雕塑等曲面建模。数据准确，精度曹征，点和精度分布均匀，人为误差影响小。非实体接触、无法到达、非接触对象映射；在国内外文物保护领域，已经有很多应用和成功的例子，如不遵从照明，可以在黑暗的环境和夜间工作等。近年来，国内数字文化遗产方面的项目较多，包括数字石窟庵、大同龙岗石窟、乐山大佛等石雕、北京建筑大学完成的数字故宫项目清华大学古代文化遗产保护研究所建设的陕西西溪李善庙的三维

3、激光扫描项目、西安四维航空测量遥感中心建设的陈炳玛用2号坑的高精度考古现场记录等。主要结果形式、应用于文物保护领域的地面3d激光扫描技术的丰富结果，例如拉卡3d激光扫描仪和后处理软件的提交结果如下。1.原始点云数据。点云数据是实际对象的实际标注的恢复，是当前最完整、最精细、最快的文件存储对象当前状态的方法。点云数据不仅包含对象对象(与高分辨率外部数字相机组合)的空间标注信息和反射率信息，还真实地保留对象对象的纹理颜色信息。通过与其他组测量设备(如全站仪和GPS)相结合，可以将整个扫描数据放置在固定的空间坐标系中。使用Cyclone软件，您可以通过在点云中漫游、导航和测量对象大小、角度、面积、体

4、积等，将对象对象直接移动到计算机，并使用点云在计算机上执行传统的数据映射操作。2 .线绘图。传统文化遗产测绘，特别是建筑文化遗产的测绘成果之一是平面图、立体图等多种测绘。这些图形可以表示建筑内部的结构和构造形式、分层情况、建筑长度、宽度、高度尺寸、门窗洞口的位置和形状、装饰的设计形式以及各个部分的连接和材质，使用点云数据在AutoCAD中使用Cloudwork插件可以帮助您创建所需的相应图形。3.网络上发布的点云数据。Leica Cyclone软件的发布模块和Tru View软件使您可以将扫描的点云发布到internet，使远程用户可以通过internet像在真实现场环境中一样工作。图1是数字

5、昆明网站上公布的昆明和宫殿金殿。点云不仅可以通过internet进行导航，还可以通过基于internet的测量、标注等进行导航。对于长期公开而渡边杏的一些文化遗产名胜，可以满足大众在线虚拟浏览的要求。4。文化遗产模型。莱卡3d激光扫描仪比较适合古典建筑和佛像、雕像、壁画等扫描。扫描数据可以使用Cyclone或其他第三次迭代软件建模，您可以构建网格模型，然后将其导入纹理贴图或其他三维软件以执行纹理贴图，从而获得文物的数字模型。建立了文化遗产的三维模型，实现了按文化遗产资源分类的虚拟展示，如图2所示。介绍文化遗产保护项目，从地面3d激光扫描技术进军中国，以实用高效的测量手段和技术立即受到国内广泛的

6、测绘专家和文化遗产保护人的关注，利用三维激光扫描仪技术依次完成了各种大型文化遗产保护项目。表1 .以普通崖画保护应用案例为例，与北京泰集团辽宁工程技术大学合作，利用莱卡扫描站2扫描仪进行了普通崖画保护应用研究。主要内容包括：1.专案概述。位于高尼路连云港市海州区金平镇马湖村金平山南麓后山西端的普通崖画，被考证为属于汉族先民的第一块石头遗迹，据推测是用石器敲门雕刻而成的，线条宽阔、浅薄、粗糙、风格原始，反映了中国唯一农业部族原始崇拜内容的岩画。图3 .那个雕刻时期，字的发明，30多年过去了，但一般的悬崖绘画还没有解开很多谜团。著名考古学家苏秉奇先生称其为“我国第一部天书”。但是，由于天气环境和岩

7、石条件等因素，近年来，岩石绘画画面颗粒、剥落、空鼓、裂纹和各种风化现象的结果，许多地区画面模糊，痕迹变浅。据说出土后岩画的变化大于出土前几千年的变化。因此如何保存岩画的现状是当务之急。传统的岩画测绘都是依靠手工完成的成果，大部分是以二维图纸为表现。但是，对于像这样复杂的数据杨怡、很多民事木石一样的对应岩画石刻，数据不仅不直观，而且也没有益处。3d激光扫描技术的出现为岩画的测量保存提供了新的解决方案。2 .数据收集和预处理。a .实地调查和计划。在扫描工作之前，您可以充分了解现场，利用现有地形资料或照片进行粗略规划。然后访问现场，根据使用的3d激光扫描仪的硬件性能和特性确定扫描的总体计划，包括a

8、 .扫描站点设置。首先，必须区分测量和映射任务的优先级，然后确定所选扫描扫描仪的位置完整性和站点之间的剥离，以实现总体规划和重点。b .扫描目标设置。目标位置可以在多个扫描站点最大限度地提高目标的利用率，并考虑到全局现场控制的效果，在站点之间约束目标，从而提高总体连接精度。c .设定扫描解析度。扫描分辨率设置主要根据扫描对象的特性和后期数据处理的需要进行设置，对于普通悬崖图的主岩画区域，分辨率可以设置为1毫米，以获得更精确的表达。b .收集数据。数据收集部分包括扫描仪的完整场景扫描、岩画的扫描、目标扫描和扫描仪的内置摄像头拍摄。纹理质量要求高的核心岩画区域使用专业的SLR相机拍照。c .草图记

9、录。完成每个工作站的数据收集，详细绘制草图，标注站点、目标位置，记录扫描参数和数据文件映射。这是后续数据处理的重要基础。d .数据预处理。Cyclone系统是Leica开发的3d激光扫描软件，它提供了非常精密的功能，特别是扫描数据管理、多站数据注册等，从而提高了扫描数据的后处理精度。数据预处理主要包括两个部分：a .多站数据注册。岩石图大部分位于山或洞穴中，由于地形限制，无法用单个站点云数据复盖测试的整个目标，必须从不同的位置和角度进行扫描，最终从多个工作站获取独立的点云数据。点云数据注册是将所有单独的坐标数据转换到一个基准坐标系的过程，即在旋风数据库中设置注册站并添加需要注册的站点，从而获取

10、所测试对象的完整点云数据。向注册条件添加自动匹配的同名集约束。徐璐其他工作站之间的注册需要至少三对同名约束，同名约束越多，精度越高。注册后结果中超出错误的约束将按顺序从错误到小错误的顺序删除，直到约束满足精度要求。满足精度要求后，创建注册站可以生成完整的点云模型。点云注册的总体效果如图4所示。b .优化点云数据。点云数据优化通常分为重复数据消除和薄抽简化两类。重复数据意味着，即使在注册多站数据后获得完整的点云模型，也可以生成重叠区域的大量数据。重叠区域中的数据会占用大量资源，降低操作和存储效率，还会影响建模质量和效果。如果某些点云(不是重要工作站)中的点云可能过于密集，请使用薄泵简化。对于重复

11、的点云数据，实际上可以将一个中点扫描区域设置为基准工作站，并将另一个工作站的数据与基准工作站进行比较，以避免徐璐其他工作站数据的裂缝和分层，从而在点云数据重叠的区域中对基准工作站周围的点云重新采样，然后使用一个或多个点云代替重叠区域中的点云。复杂的简化方法有多种，例如设定点间距、曲率和使用网面。3 .岩画的三维重建。使用Geomagic Studio执行岩画三维重建的主要步骤如下：a .汇出和载入点云资料。将点云数据转换为“* .xyz”格式输出后，可以使用Geomagic处理。b .过滤噪波点。要获得岩画表面的细节部分，需要更大的点云密度，这可能会产生一些噪音。岩画表面不均匀平滑，因此不能仅

12、通过弧度判断噪波，必须帮助手动消除噪波。c .简化数据。简化数据不仅可以消除重复的点云，还可以使数据均匀，以防止因点云稀疏性而损坏模型曲面。设定取样百分比有助于均匀减少点云资料。d .数据补充。由于检测到的物体可能被损坏或掩盖，某些数据可能会丢失，因此需要补充数据。您可以使用修补少量资料点的封闭指令，或使用加入点云来增加点云资料。e .模型表面处理。直接从点云生成的三维模型曲面通常具有大量三角形面片，并使用网格伪命令进行平滑处理。岩画模型如图5所示。将军亚岩画属于石刻类型的岩画，由于环境等各方面的限制，最好的保护方法是将有暗画的地区制作成DEM模型，3d激光扫描技术效率高，精度高，正确地解决了

13、这个难题。2009年北京材料泰国集团公司中国文化遗产文物研究院合作，利用莱卡提升扫描仪进行了火山岩画保护的应用研究。主要内容：1。专案概述。火山岩画距广西宁明县马科掌龙乡明江下游尤达村对面临河对面的悬崖约235米，江宽约140米，距宁明县市约20公里(水道)。2000多年前，长190米、高50米的壁画用深红色颜料画出了约1800幅稠密的图像，造型朴素、粗犷，人物大小多样，从战国时代到东汉王朝，庄、宣民、骆驼、岳人的巫术活动留下的遗迹是具有重要历史、文化、艺术、科学价值的国家级保护文物。2009年5月，中国文化遗产研究院与北京西标签组社一起使用Leica ScanStation扫描火山岩画，研究

14、了数字正射影像地图的制作。2 .数据收集。用于收集数据的第二个装置是TPS1202全站仪，用于扫描的软件是Cyclone软件。主要步骤包括站点调查和控制点布局、控制测量、目标布局、物理扫描、目标扫描和提取以及目标测量。现场勘查主要完成扫描调查局的选定和控制点的放置，这与点云数据质量和工作量大小直接相关。火山岩画与明江相邻，河流宽约140米，因此考虑到河对岸扫描的准确度和密度都不能满足，扫描调查所全部建在与岩画同一边的trestle上，如图6所示。控制测量是将控制点分别放置在trestle和河的另一侧。构造闭合导线的目的是通过全站仪测量目标和特征点坐标，将特征点和点云放置在单个坐标系内。目标放置

15、是一项高技巧工作，因为两个工作站至少接合三个公共目标，放置目标时，当前桩号不仅可以扫描，还必须考虑下一个桩号的扫描。同时，为了提高接头准确度，目标必须尽可能分散，并且不在同一水平面上。实际扫描，首先在Cyclone的scanner模块下大致选择范围进行拍照，这样您就可以根据正确的框选择要扫描的区域。然后，根据所需密度确定在一定距离取样的时间间隔，设置的设备自动计算粗略所需时间，开始扫描。扫描期间始终可以查看点云数据质量，通常不需要手动干涉。使用图7可以轻松地扫描设备并测量目标的中心。目标测量必须及时进行，防止了移动和损失。3。数据注册。Cyclone软件支持多种注册方法，包括标准注册、点云注册

16、、混合注册、控制点注册等。如果每个工作站之间有两个或多个公共点，则根据输入的名称自动添加约束，从而完成注册。注册精度在约束列表中可见，如图8所示，注册后点云如图9所示。4。三角网实施。创建三角网模型是数字正射影像制作的重要组成部分。因为图像最终用于托管图像。Geomagic是一流的逆向工程软件，它为构建和检测数字模型提供了全面的解决方案，处理各种复杂形状和自由形式曲面，具有高度自动化，大大减少了劳动强度。将点云数据从Geomagic输入到图10中。扫描过程中会受到树叶、空气中的粒子和物体本身反射率的影响，因此不可避免地会出现一些噪音点，被悬崖壁的植被和岩石疾病部分所遮挡，扫描中可能会出现一些空

17、白。Geomagic软件解决了这些问题，如图11所示。5。纹理贴图。纹理贴图是将从外部高分辨率数码相机系统收集的高精度纹理信息附着到模型上。首先，需要对图像分辨率、摄影机的内部参数和外部参数进行一些设置。然后在纹理图像和模型之间选择特征点作为注册目标。为了提高纹理贴图的精度，特征点分布尽可能均匀，可以在结构复杂的地方选择多个点。将生成具有纹理信息的模型，如图12所示。按比例输出图像，获得如图13所示的数字正射影像。数字正射影像地图是3d激光扫描技术的结果之一，它可以根据原始点云数据和3d模型提供线条绘制、DEM生成、虚拟展示等。徐璐不同时期的扫描数据比较，可以检测岩体风化剥脱的情况，并进行病害的调查和分析。北京历代帝王庙应用案例北京吉台集团公司使用Leica HDS6000扫描仪进行了北京历代帝王庙保护的应用研究。主要内容：1。专案概述。位于薛城区阜成门内大道北面的北京历代帝王庙是明清两代祭祀三帝、历代帝王和功臣的场所，庙中庄严肃穆的朱墙黄瓦，展现了王室的风格和尊贵，具有我国统一、多民族国家发展过程的一脉相承的历史、持续的历史、文化价值。为了在电脑上实际再现该遗址，永久保存，并为以后的维修工作提供详细准确的资料，决定进行三维激光扫描。选择Leica HDS6000 3d激光扫描仪，使用Cyclone5.8.1软件执行数据处理，以获得准确的