探究三维激光扫描技术在古建筑修复中的应用

调查与发现区域治理
当前我国的一些古建筑维修以及保护工程中存在很多问题，如缺少建筑物结构图，破坏程度评估困难等。

应用三维激光扫描技术能够解决这一问题，实现对建筑物的快速、准确的测量，当前三维激光扫描技术在遗产保护领域中的应用越来越得到重视，但是大部分工作只停留在数据存储以及简单测绘上，如何与古建筑保护结合，成为当前需要研究的主要问题。

一、三维激光扫描技术的扫描原理
三维激光扫描测量系统主要由线结构激光光源、马达控制可旋转的滤光镜、彩色CCD摄像机、控制电路板以及计算机组成。

三维激光扫描技术的扫描原理是：由步进电机带动线结构激光光源做步进转动，使光平面在物体表面上扫描，从而对整个被测表面进行三维测量。

采用贴图技术能够将所摄物体的颜色信息匹配到各个被测点的三维数据上，进而得到整个被测物体的彩色三维信息。

二、三维激光扫描技术在古建筑修复中的应用
2.1古建筑测绘
古建筑测绘是研究、保护、修复和利用古建筑的前提。

在对古建筑进行测绘的过程中，可在利用传统测量仪器的基础上，用全站仪获取控制点的坐标位置，为扫描仪在古建筑结构的各个区域获得相应的数据信息提供坐标，通过激光扫描获取大量精确的信息，包括古建筑体面、空间等各种制图要素的点云数据。

收集完古建筑不同结构位置的点云数据之后，需对点云数据进行拼接。

拼接时通常会用到靶标拼接、点云特征点拼接法两种。

其中靶标拼接法是使用控制点配准，将点云配准到控制网坐标系下，对于靶标缺失或不全的点云，利用公共区域寻找同名点对其进行两两配准；点云特征点拼接是将所有点云转换到统一的控制网坐标系下与控制点配准法得到的点云配在一起，点云特征点拼接法是两两进行配准，在进行配准时要求其中一
站须为已配到控制网坐标系下的点云。

拼
接完成后，可在软件中查看拼接报告，且
各个点云间的拼接精度≤5mm。

利用三维激光扫描仪进行古建筑测绘，
获得的立体坐标数据生成数据模型后，可
通过电脑软件就能够完成古建筑的影像图
及各种测绘图。

在古建筑中利用三维激光
扫描技术得到的数据精确度高，且利用此
技术不用直接接触古建筑，就能够进行测
绘，经过测量之后能够形成建筑的平、立、
剖面图，进而将建筑物更准确的展现出来，
为古建筑的修复提供了良好的素材，而且
还能够最大程度的降低人为干预对建筑物
本身造成的破坏。

2.2古建筑虚拟修复
相对于古建筑修复的传统模式，虚拟
现实技术的应用，能够提高古建筑维护的
技术水平，且拓展了古建筑修复的形式。

当前，在古建筑修复领域，越来越多的应
用到数字虚拟技术，此技术为古建筑的
勘察保护、虚拟修复和再现展示提供了
完整的数据信息。

利用三维激光扫描技
术，可将三维数据进行立体建模，在立
体空间进行古建筑三维模型的动态展示
以及建筑环境的场景营造。

在运用三维
激光扫描技术的过程中，首先要对古建
筑的形体结构进行三维扫描，然后进行
虚拟拼接，对古建筑物的各种构件（包
括门窗、柱子、屋顶等）进行分析和建模，
在此过程中还需要参考相关的资料和文
献，然后找出古建筑各构件中出现损坏
的位置，并进行虚拟修复，从而将古建
筑的历史原貌进行重现。

利用虚拟现实
技术和数字化图形处理技术，借助计算
机能够对古建筑关键部位的损坏进行修
复，且利用计算机能够实现对古建筑彩
绘和壁画的高效虚拟修复，这克服了传统
修复方法的局限性。

2.3古建筑安全监测
一般仅靠传统的人工测绘方式获取古
建筑的材料、结构特性等信息具有一定的
难度。

利用三维扫描技术就能够实现对古
建筑的三维扫描，并迅速生成准确的三维
模型，通过对三维模型进行分析，能够找
到古建筑中存在的问题。

利用三维激光扫
描技术可以把古建筑的相关原始信息，及
时收入古建筑的资料数据库。

在日常的建
筑维护中，将历次的扫描数据同原始数据
进行对比，就能掌握古建筑的变化情况，
及时制定相应的安全预案。

2.4古建筑信息数字化
三维激光扫描的信息数字化技术，能
够将古建筑的实际损坏和变化情况展现出
来。

在古建筑保护修复领域中，运用三维
扫描技术与传统测绘技术相结合的方法，
能够取长补短，得到精确而全面的古建筑
测绘数据。

如前文所述，三维扫描技术不
但能获取古建筑完整的三维结构、尺寸信
息，还能获取古建筑彩绘和壁画的材质、
彩色和纹理信息。

进而对古建筑结构、尺
寸和色彩、纹理信息进行精确的统计，全
面记录古建筑的相关信息和数据。

古建筑
信息数字化把三维扫描和三维建模得出的
古建筑结构、色彩、建筑材料纹理等信息
完整保存在信息资料库中，对古建筑保护
进行信息化管理。

三、结束语
随着三维激光扫描技术软硬件的不断
发展，提升了数据采集的精度及采集的速
度，使其在古建筑中的应用更加广泛。

现
阶段，由于三维激光扫描技术在古建筑物
的扫描建模以及变形监测等方面仍然处于
初级阶段，模型优化以及精度分析等工作
还需要进行进一步的研究。

参考文献：
[1]祁春辉.浅谈三维激光扫描技术与
BIM技术在工程测量中的应用[J].中小企业
管理与科技(中旬刊),2017(12):176-177.
探究三维激光扫描技术在古建筑修复中的应用
刘海平
曲阜市文物管理委员会，山东 曲阜 273100
摘要：三维激光扫描技术是近年来兴起的高新测绘技术，是一种快速而全面的建筑物测量手段，其具有快速、非接触、精度高的优点，能够满足古建筑维修保护中的测量要求。

本文对三维激光扫描技术进行了介绍，并分析了三维激光扫描技术在古建筑维修与保护工程中的
应用，以期为古建筑修复工作提供参考。

关键词：三维激光扫描；古建筑修复；三维建模
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