本文關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)在古建筑測(cè)繪中的關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

學(xué)術(shù)論文�？�

2013 總第 10 期

三維激光掃描技術(shù)在古建筑測(cè)繪中的關(guān)鍵技術(shù)研究

RESEARCH ON KEY TECHNIQUES OF 3D LASER SCANNING TECHNOLOGY USED IN MEASURING TRADITIONAL ARCHITECTURE

張遠(yuǎn)翼 張鷹 陳曉娟

Zhang Yuanyi, Zhang Ying, Chen Xiaojuan

摘要/利用三維激光掃描技術(shù)在古建筑測(cè)繪中的輔助測(cè)繪優(yōu)勢(shì)，以福建省泰寧縣全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位之明代古建筑“尚書第”為例，進(jìn)行3個(gè)層面關(guān)鍵技術(shù)問題研究：1) 從點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的去噪，到CAD圖形的生成和三維空間影像生成等古建筑測(cè)繪及數(shù)據(jù)生成處理中的關(guān)鍵技術(shù)問題；2) 針對(duì)三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用過程中產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)量、古建筑構(gòu)件的細(xì)部測(cè)繪難點(diǎn)等關(guān)鍵問題提出具體應(yīng)對(duì)策略；3) 基于傳統(tǒng)測(cè)繪法比較研究驗(yàn)證三維激光掃描儀技術(shù)應(yīng)用于斗栱梁架局部剖面測(cè)繪的實(shí)際效果。關(guān)鍵詞/三維激光掃描技術(shù)；古建筑測(cè)繪；點(diǎn)云數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)處理

ABSTRACT/ Taking the advantages of aided surveying of 3D laser scanning technology in measuring traditional architecture , this paper studies key technical problems on three levels in this field by using the example of surveying “Shang Shu Di”, a national protected heritage of Ming Dynasty in Taining County, Fujian Province. First, the key technical problem is data generation process from the point cloud data acquisition, the splicing of the point cloud data, the noise eliminating of point cloud data, to the generation of CAD graphics and the generation of 3D space image. Second, the paper proposes specific strategies to cope with the huge amount of data and CAD graphics conversion in the application of 3D laser scanning technology. Finally, the paper presents a comparative study and validation of the practical application results of 3D laser scanning technology used in the partial sectional mapping of bracket set and beam-column comparing with traditional surveying and mapping.KEY WORDS/ 3D laser scanning technology; architectural measuring; point cloud data; database; data processing

傳統(tǒng)的古建筑測(cè)繪通常使用直尺、卷尺、標(biāo)桿等測(cè)量工具。判讀記錄全靠肉眼，測(cè)量方法多為“以點(diǎn)概面”，即選取少量構(gòu)件進(jìn)行測(cè)繪而據(jù)以推演。這樣的測(cè)繪結(jié)果在相當(dāng)程度上依賴于測(cè)繪人的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和臨場(chǎng)判斷，且無法準(zhǔn)確描繪具體構(gòu)件，對(duì)于建筑開間、進(jìn)深、梁柱高度、跨度、屋面曲線、翼角起翹等較大的控制尺寸以及變截面異形體(如，各類梁柱構(gòu)件等)的量取，在完整性和準(zhǔn)確性等方面均存在問題。三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，則可以在精確度、三維虛擬特性及其采集數(shù)據(jù)完整性等方面，輔助改善傳統(tǒng)測(cè)繪方式在非規(guī)則、復(fù)雜的古建筑測(cè)繪中存在的耗工、耗時(shí)、實(shí)測(cè)遺漏、錯(cuò)失及無三維虛擬現(xiàn)實(shí)等不足。

本研究通過利用三維激光掃描儀對(duì)福建省泰寧縣全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位(以下簡(jiǎn)稱：國(guó)保單位)之明代古建筑“尚書第”的現(xiàn)場(chǎng)掃描測(cè)繪，擬解決三維激光掃描技術(shù)在古建筑測(cè)繪及其數(shù)據(jù)化技術(shù)應(yīng)用中的3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題：1) 三維激光掃描測(cè)繪數(shù)據(jù)的采集法及其數(shù)據(jù)處理與成果生成技術(shù)；2) 在技術(shù)應(yīng)用層面，針對(duì)龐大數(shù)據(jù)處理問題，在數(shù)據(jù)分析、處理、保存和提取利用等理念上取得突破, 提出具體應(yīng)對(duì)策略；3) 在三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平面CAD圖形二維轉(zhuǎn)化技術(shù)上，以古建筑復(fù)雜細(xì)部構(gòu)件測(cè)繪為例，解決從其三維激光掃描之點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)片段進(jìn)行二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)問題，并與傳統(tǒng)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析實(shí)證三維激光掃描技術(shù)輔助應(yīng)用于古建筑測(cè)繪的高效性、完整性和精確性。

1 傳統(tǒng)測(cè)繪方式在非規(guī)則、復(fù)雜古建筑測(cè)繪中存在的不足

傳統(tǒng)的古建筑測(cè)繪主要以人工進(jìn)行單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和測(cè)量古建筑及其構(gòu)件的二維正投影尺寸，通常采用傳統(tǒng)的卷尺、鉛垂線、標(biāo)桿、梯子，也有輔助采用激光測(cè)距儀等工具，來獲取古建筑及其構(gòu)件的相關(guān)二維數(shù)據(jù)信息(圖1)。傳統(tǒng)的古建筑測(cè)繪方式操作簡(jiǎn)單，但就非規(guī)則、復(fù)雜古建筑測(cè)繪的特點(diǎn)及其要求，存著以下不足。

1) 精確度不高，易產(chǎn)生誤差。由于受環(huán)境因素、測(cè)量工具誤差、以及測(cè)繪人員的分辨率、視覺疲勞、技術(shù)熟練程度等因素的影響，很難精確地記錄古建筑的尺寸和現(xiàn)狀信息。如：對(duì)于規(guī)模大、復(fù)雜的古建筑(通常不是單體建筑，而多為多進(jìn)式院宅)及其細(xì)部構(gòu)件，各個(gè)單體部分分別測(cè)出的尺寸與整體測(cè)出的尺寸數(shù)據(jù)往往不吻合，在單體古建筑及其各部細(xì)部構(gòu)件部位尺寸拼接過程中，測(cè)量數(shù)據(jù)往往不能完整閉合，而需要人為進(jìn)行校正。這些過程將產(chǎn)生實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)物的較大偏差。

2) 精細(xì)度不夠，，容易造成錯(cuò)失與遺漏。在實(shí)際測(cè)繪過程中，一些重要的現(xiàn)場(chǎng)信息，如屋頂梁架、斗栱、隔扇、雕花、牌匾及其圖樣文字等，通常由于位置較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以測(cè)量，容易發(fā)生遺漏和錯(cuò)失等問題，而后期補(bǔ)遺將耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力和時(shí)間等；有的數(shù)據(jù)遺漏只會(huì)在進(jìn)行古建修繕或使用數(shù)據(jù)時(shí)方才發(fā)現(xiàn)。

3) 復(fù)雜度高、耗工耗時(shí)。對(duì)于有大量古建筑群落及其構(gòu)成環(huán)境的街巷空間而言，由于其長(zhǎng)期承受荷載、基礎(chǔ)沉降不均、外界

2012國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAJ14B05)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278123)；福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011J01303)；福建省中青年教師科研項(xiàng)目(JA13048)作者單位：福州大學(xué)建筑學(xué)院(福州，350108)收稿日期：2013-03-28

  本文關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)在古建筑測(cè)繪中的關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。