三维激光扫描技术在古建数字化保护中的应用

摘要

三维激光扫描技术是近年来发展起来的一项高新技术，它通过高速激光测量的方法，快速、大量、精确地获取物体的三维信息，为科学准确建立数据模型提供了一种全新的技术手段。三维激光扫描技术能够真实记录古建筑的真实三维信息与纹理信息。 故宫是全国重点文物保护单位，但是随着时间的流逝，故宫古建筑不仅面临着自然因素的损坏，也遭遇到人为因素的破坏。国家已经拟定故宫修复计划，利用三维激光扫描技术与传统古建测量方法有机结合，在故宫大规模修复之前对其进行最高一级的测绘工作，这样既能为下一步修复工作提供准确资料，又能为将来的古建筑理论研究提供重要数据。 本文利用三维激光扫描技术，实现了故宫寿康宫的部分数字化保护工作，提出了一个详细的、可操作的工艺流程，论文的主要贡献如下： (1)利用三维激光扫描技术采集古建筑的三维几何信息的实际工作，提出了实际现场操作中仪器的选定、扫描站点设计准则，全方位高质量采集现场数据。 (2)全面研究Polyworks、Imageware和Cyclone数据处理方法，针对寿康宫古建筑数字化保护的要求，给出了数据去噪、平滑、多站点数据配准、精简等数据与处理方法。 (3)全面研究Imageware软件，针对古建筑数字化保护的要求，给出了古建大木结构常见部件的模型拟合方法，同时提出了精度核查的流程。 (4)以点云模型、三角网模型、大木结构模型等数据为基础，给出了古建筑平、立、剖面图的快速准确的绘制方法，同时提出了精度核查的流程。 本文的研究与工作，为进一步研究三维激光扫描技术在古建筑与文物数字化保护中的应用奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.2.1三维激光扫描技术研究

1.2.2主要三维激光扫描仪介绍

1.2.3三维激光扫描技术在古建数字化保护中的应用现状

1.2.4三维激光扫描数据基本处理流程

1.3论文主要内容

第二章三维激光扫描数据的获取与预处理

2.1仪器的选择与站点的布置

2.2点云数据的特点

2.3点云数据的预处理

2.3.1点云数据的去噪、平滑

2.3.2点云数据的分割

2.3.3不同站点扫描数据的配准

2.3.4点云数据的精简

2.4三维激光扫描系统精度分析

2.4.1激光斑点、点间距和激光的扫描角度

2.4.2激光扫描仪的工作角度和距离

第三章 古建大木结构模型构建

3.1大木结构模型构建方法概述

3.2规则表面模型

3.2.1规则表面模型构建的数学模型

3.2.2 Cyclone、Imageware中拟合规则表面模型

3.3不规则表面模型构建方法概述

3.3.1不规则三角网模型的构建

3.3.2 NURBS模型构建

3.4 Imageware中拟合大木结构模型

3.4.1梁的拟合

3.4.2柱子(圆台)的拟合

3.4.3柱子底座的拟合

3.5精度核查

第四章 古建平、立、断面特征提取

4.1平面特征提取

4.1.1单体建筑平面特征提取

4.1.2院落平面特征提取

4.1.3精度核查

4.2立面特征提取

4.2.1立面特征提取方法研究

4.2.2立面特征提取

4.2.3精度核查

4.3断面特征提取

4.3.1平行剖断面

4.3.2放射状断面

4.3.3交互式剖断面

4.3.4沿线剖断面

4.3.5精度核查

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

附 录

参考文献

致 谢