三維掃描儀如何修復(fù)維護古建筑

古建筑延續(xù)了歷史文脈, 是人類文明的載體，但由于各種天災(zāi)人禍無法保全，那么如果利用大火的人工智能去修復(fù)維護呢?三維掃描儀這個時候就派上了用場，精迪三維科技將為大家一一道來!
 

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展 ,古建筑的價值逐漸受到人們的高度重視。對于古建筑, 必須采取積極的手段進行保護和利用 。保護和利用過程需要對古建筑進行維護 、整理或修復(fù), 同時也需要保護或恢復(fù)歷史街區(qū)的空間格局與尺度 。重大歷史建筑在大規(guī)模修復(fù)前要求進行精確的測繪工作 , 以取得較完備的科學(xué)記錄檔案 ,為古建筑規(guī)劃保護和修復(fù)提供第一手資料 ,同時也是研究古建筑史和建筑理論的重要資料 。傳統(tǒng)的古建筑測繪方法是以直尺和角尺 、垂球等工具直接量取建筑物及其構(gòu)件的尺寸而獲取的最終資料是圖紙和一些文字記錄。近景攝影測量用于古建筑測繪已有較長的歷史 。近景攝影測量的兩部分工作中 (攝影及影像處理和制圖)采用的是光學(xué)方法和模擬制圖工藝, 最終成果是以光學(xué)像片表示的影像資料和以紙質(zhì)形式表示的圖件資料 。其優(yōu)點在于能精密量測不規(guī)則表面的實體并能立體再現(xiàn)建筑物 ,如測繪建筑物平面圖 、截面圖、立面圖 、等值線圖等。但此方法工序較繁雜,精度較低, 所獲得的數(shù)據(jù)也不能直接滿足古建筑三維重構(gòu)的要求。從數(shù)字地球和數(shù)字城市等一系列概念的提出伊始 ,各種各樣的三維數(shù)據(jù)獲取工具和手段就不斷涌現(xiàn) ,推動著三維空間數(shù)據(jù)獲取向著集成化 、實時化 、動態(tài)化 、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展 ,如何將現(xiàn)實世界的立體信息快速地轉(zhuǎn)換為計算機可以處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)不再是人類的夢想。三維激光掃描技術(shù) ,具有快速、精確、多方位的特點 , 為古建筑測繪提供了革命性的新途徑。
 

三維激光影像掃描技術(shù)是 20世紀(jì) 90年代中期出現(xiàn)的新型三維測量技術(shù) 。它是集成了多種高新技術(shù)的新型空間信息數(shù)據(jù)獲取的手段與工具 , 這一技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先水平 , 而在國內(nèi)尚處于起步階段 。整個系統(tǒng)由地面三維激光掃描儀 、數(shù)碼相機、后處理軟件、電源以及附屬設(shè)備構(gòu)成,它采用非接觸式高速激光測量方式, 獲取地形或者復(fù)雜物體的幾何圖形數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù) 。最終由后處理軟件對采集的點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)進行處理轉(zhuǎn)換成絕對坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)或模型,以多種不同的格式輸出,滿足空間信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源和不同應(yīng)用的需要 。“點云”是高速激光掃描測量中被測對象的采樣點(離散點 )集合,它反映物體或地形表面的陣列式幾何圖像數(shù)據(jù) 。三維點云數(shù)據(jù)有良好的通用性 ,通過標(biāo)準(zhǔn)接口可以被各種相關(guān)處理軟件系統(tǒng)使用。當(dāng)各種實體點云數(shù)據(jù)采集完畢后 ,應(yīng)用軟件系統(tǒng)隨即快速計算出目標(biāo)的三維模型及線、面、體 、空間等各種制圖數(shù)據(jù) 。采集的三維激光點云原始數(shù)據(jù)還可進行各種后處理工作, 如:測繪、計量、分析、仿真、模擬、展示 、監(jiān)測 、虛擬現(xiàn)實等。
 

在古建筑研究活動中 ,用戶需要關(guān)于研究對象的完整基礎(chǔ)性數(shù)據(jù), 包括空間環(huán)境 、古建筑自身 、建筑細部等,研究工作主要針對這些數(shù)據(jù)展開 。古建筑保護工作最基礎(chǔ)的一項任務(wù)是對保護對象進行完整的測繪, 并進行數(shù)據(jù)存檔 , 以便日后研究或者復(fù)原 、重建。如被稱作易北河上的佛羅倫薩的德國巴洛克古城德累斯頓 , 70%的歷史建筑在二戰(zhàn)中都被盟軍的轟炸所摧毀, 但是德國人在戰(zhàn)后又奇跡般地將古城重建,大部分重建工作都是仰賴他們精確的測繪存檔資料完成的。三維激光掃描技術(shù)是一項通過高密度的掃描點 (點云)來表達和記錄被測物體尺寸和形狀的技術(shù) ,點云是最原始的測量數(shù)據(jù),被測物的三維幾何信息都蘊涵在點云數(shù)據(jù)內(nèi)部。如何利用點云,如何在點云的基礎(chǔ)上通過軟件來提取空間信息 ,決定了三維激光掃描技術(shù)在古建保護行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用方式和成果形式 。從對點云的應(yīng)用方式來看 ,可分為檔案記錄型應(yīng)用、尺寸量測型應(yīng)用 、三維可視化型應(yīng)用和逆向重建應(yīng)用。從最終的提交成果形式可分為二維圖件形式 (各種平、立 、剖圖, 等值線圖)和三維圖件形式 (三維高密度點云數(shù)據(jù) 、三維CAD模型、三角面片格網(wǎng))。因此,利用三維激光掃描技術(shù)進行古建的保護 ,目前主要集中在檔案記錄型及其三維可視化 ,而進一步的應(yīng)用 ,特別是將掃描結(jié)果用于逆向重建等對古建保護具有重大意義的應(yīng)用相對較少。
 

針對古建保護的特殊性 ,研究人員希望能夠精確重構(gòu)從包涵空間場景到局部細節(jié)的建筑模型 ,并通過較強的數(shù)據(jù)分析能力 ,可以對梁架體系、斗拱的類型進行對比分析 、斷代 。特別是古建筑修復(fù)工作需要周密計劃、細心實施, 能在三維激光影像掃描獲得的建筑模型上模擬整個修復(fù)過程將為古建的修復(fù)工作提供極大的方便。落架大修是古建筑最高檔次的維修。按維修古建筑的規(guī)矩, 大修時要把建筑物所有構(gòu)件進行編號 ,全部卸下來,修復(fù)清理后再按原貌重新組裝, 這遠比當(dāng)初新建建筑時要繁雜得多。如果能夠在軟件系統(tǒng)中模擬實施這一落架過程, 可以使工程技術(shù)人員更直觀了解工作過程優(yōu)化修復(fù)方案,避免傳統(tǒng)方法中由于信息收集不全面所導(dǎo)致的各種問題 。因此,首先應(yīng)該構(gòu)建古建筑模型 ,該模型的編號 、材質(zhì)、年代等信息能夠?qū)崟r顯示。其次, 進行古建修復(fù)的實時模擬 。
 

但是很多處理軟件沒有統(tǒng)一化，各個廠家都有自帶軟件，互不兼容，而精迪三維掃描儀具有軟件兼容的優(yōu)勢，正好克服這一弊端，我們一起期待三維激光掃描儀的發(fā)展趨勢越來越好!