三維掃描儀如何修復維護古建筑

古建筑延續(xù)了歷史文脈, 是人類文明的載體，但由于各種天災人禍無法保全，那么如果利用大火的人工智能去修復維護呢?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, 同時也需要保護或恢復歷史街區(qū)的空間格局與尺度 。重大歷史建筑在大規(guī)模修復前要求進行精確的測繪工作 , 以取得較完備的科學記錄檔案 ,為古建筑規(guī)劃保護和修復提供第一手資料 ,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)采用的是光學方法和模擬制圖工藝, 最終成果是以光學像片表示的影像資料和以紙質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 ,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是 20世紀 90年代中期出現(xiàn)的新型三維測量技術 。它是集成了多種高新技術的新型空間信息數(shù)據(jù)獲取的手段與工具 , 這一技術在國際上處于領先水平 , 而在國內尚處于起步階段 。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、電源以及附屬設備構成,它采用非接觸式高速激光測量方式, 獲取地形或者復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)進行處理轉換成絕對坐標系中的空間位置坐標或模型,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 ,通過標準接口可以被各種相關處理軟件系統(tǒng)使用。當各種實體點云數(shù)據(jù)采集完畢后 ,應用軟件系統(tǒng)隨即快速計算出目標的三維模型及線、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 ,用戶需要關于研究對象的完整基礎性數(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的一項任務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 ,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)內部。如何利用點云,如何在點云的基礎上通過軟件來提取空間信息 ,決定了三維激光掃描技術在古建保護行業(yè)內的應用方式和成果形式 。從對點云的應用方式來看 ,可分為檔案記錄型應用、尺寸量測型應用 、三維可視化型應用和逆向重建應用。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 ,而進一步的應用 ,特別是將掃描結果用于逆向重建等對古建保護具有重大意義的應用相對較少。
 

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過程將為古建的修復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件進行編號 ,全部卸下來,修復清理后再按原貌重新組裝, 這遠比當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, 可以使工程技術人員更直觀了解工作過程優(yōu)化修復方案,避免傳統(tǒng)方法中由于信息收集不全面所導致的各種問題 。因此,首先應該構建古建筑模型 ,該模型的編號 、材質、年代等信息能夠實時顯示。其次, 進行古建修復的實時模擬 。
 

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!