文／池夢潔 西藏民族大學(xué) 助 教東南大學(xué) 博 士

張文翔 西藏民族大學(xué) 講 師東南大學(xué) 博士

引言

近幾年中央陸續(xù)發(fā)布了一些關(guān)于城市發(fā)展與文化遺產(chǎn)保護(hù)的重要文件，對我國文化遺產(chǎn)保護(hù)產(chǎn)生了積極的引導(dǎo)作用?；诂F(xiàn)實(shí)需要、創(chuàng)新需求和經(jīng)驗(yàn)借鑒的現(xiàn)實(shí)背景，文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)手段已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一，發(fā)展數(shù)字化保護(hù)已成為共識。目前，文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域已經(jīng)能夠運(yùn)用多種手段實(shí)現(xiàn)地域文化資源的數(shù)字化再現(xiàn)，包括：圖書文獻(xiàn)掃描加工、全景攝像、航拍、3D 建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)的信息技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)快速、便捷、科學(xué)地整合文化遺產(chǎn)資料，極大地豐富了文化遺產(chǎn)保護(hù)手段，但精準(zhǔn)地構(gòu)建建筑空間三維模型仍是目前的重點(diǎn)與難點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)回顧，西安廣仁寺的研究還停留在裝飾色彩、平面及歷史介紹等對其外在表現(xiàn)形式的記錄存檔上，數(shù)據(jù)化單一，立體化不夠。西安廣仁寺的研究與保護(hù)還需進(jìn)一步挖掘和深化。

1 古建筑數(shù)字化的變革及意義

古建筑通常由于其規(guī)模、形制、布局、細(xì)部以及與城市的空間關(guān)系而承載大量特有的、明確的、真實(shí)的歷史信息。由于其空間構(gòu)成、結(jié)構(gòu)形式、建造工藝、色彩構(gòu)成、建筑材料、裝飾構(gòu)造及建筑思想和理念等而留存極高的文化、歷史、藝術(shù)、科學(xué)甚至政治價(jià)值[1]。遺產(chǎn)保護(hù)最實(shí)質(zhì)的要?jiǎng)?wù)就是保存其本身蘊(yùn)含的多方面的價(jià)值和信息。

遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域最重要的技術(shù)創(chuàng)新之一，是引入了語義豐富的數(shù)字設(shè)施模型。20 世紀(jì)60 年代，測繪技術(shù)發(fā)展到數(shù)字化階段，出現(xiàn)了能實(shí)現(xiàn)測量和數(shù)據(jù)處理電子化的全站儀，一定程度上提高了測繪的精度和速度，使得測量誤差縮減到毫米級別，并且使得測繪技術(shù)具有了一定的靈活性。20世紀(jì)80 年代后，三維激光掃描儀的出現(xiàn)大大提高了測繪的精度，不但能對被測物體從幾何圖形上和真實(shí)尺度上實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位測量，還能對其質(zhì)感、色彩、紋理、現(xiàn)狀做出真實(shí)的記錄和反映，這使得對于遺存的資料收集、理解及對價(jià)值的判讀等工作都得到了不同程度的提高[2]。20 世紀(jì)90 年代，美國國會開啟了美國記憶計(jì)劃，這一計(jì)劃的目的是對美國的歷史的記憶與文化檔案等進(jìn)行數(shù)字記錄與保護(hù)。緊接著聯(lián)合國教科文組織的行動(dòng)也緊鑼密鼓地開始了——1992 年世界記憶工程“Memory Of The World”（MOW）引導(dǎo)將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于文化遺產(chǎn)保護(hù)上，從而大大推動(dòng)了文化遺產(chǎn)的數(shù)字化進(jìn)程。后期出現(xiàn)的攝影測量技術(shù)經(jīng)過模擬和解析化的發(fā)展進(jìn)入到數(shù)字化的階段，使測量技術(shù)擺脫了環(huán)境和氣候等外界條件的限制，在非接觸物體的情況下實(shí)現(xiàn)了對被測物真實(shí)信息的記錄，實(shí)現(xiàn)了被測物三維立體模型的重建?，F(xiàn)代數(shù)字化測繪技術(shù)，將測繪精度從原來的分米、厘米級提高到了毫米級的較高水平，并且對于被測物質(zhì)感、色彩、現(xiàn)存狀態(tài)，如風(fēng)化程度、破損程度等都能進(jìn)行全方位的記錄和呈現(xiàn)，是從對立體空間數(shù)據(jù)的留存到全方位數(shù)據(jù)留存的一次具有里程碑性質(zhì)的革命，在遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

首先，三維測繪技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對遺存狀態(tài)的體現(xiàn)和對歲月痕跡的保留。古建筑能夠經(jīng)歷數(shù)百年的變遷，受到雨淋、風(fēng)化、地震等多重自然因素和人為因素的影響，大部分都存在著不同程度的變形和破損，留存至今的部分是一筆極其重要的了解歷史的遺產(chǎn)。對這些殘存建筑要素的質(zhì)感、紋理、色彩等信息進(jìn)行全方位記錄，是對現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的真實(shí)反映。通過不同時(shí)期的不斷記錄，可體現(xiàn)出不同時(shí)代的建造手法及藝術(shù)特點(diǎn)，這是資料留存的重要進(jìn)步，對后續(xù)研究工作也起到重要的輔助作用。

其次，三維測繪對遺存的技術(shù)性修復(fù)起到重要支持作用。傳統(tǒng)的測繪方法建立在手工操作的基礎(chǔ)之上，使用手工測量和繪圖，成果的精確度和工作效率相對較低。三維測繪技術(shù)能夠在不拆解、不接觸建筑的情況下進(jìn)行數(shù)字化重建，進(jìn)行學(xué)習(xí)計(jì)算從而補(bǔ)齊缺失部分，對于日常維護(hù)、損壞后的修復(fù)、異地仿建提供了一套完備且精準(zhǔn)的資料。如2019 年4 月15 日法國著名地標(biāo)巴黎圣母院起火，部分建筑構(gòu)件遭到嚴(yán)重破壞，重建任務(wù)舉世矚目。藝術(shù)歷史學(xué)家、歷史建模師安德魯·塔隆在2015 年創(chuàng)建的巴黎圣母院的數(shù)字精細(xì)化模型及建筑的各項(xiàng)詳細(xì)數(shù)據(jù)，為遺產(chǎn)重建提供了大量支持。

最后，三維測繪技術(shù)對文化傳播推廣也起到了跨時(shí)代的推動(dòng)作用。信息化背景下的現(xiàn)代三維測繪技術(shù)是遺存展示的重要手段，逼真的三維模型能實(shí)現(xiàn)對被測物三維動(dòng)態(tài)的展示。加之互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，使測繪成果實(shí)現(xiàn)了無空間障礙的信息化。三維技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合使得人們能夠?qū)崿F(xiàn)足不出戶對世界各地建筑游賞的體驗(yàn)，大大擴(kuò)展了文化遺產(chǎn)的受眾范圍，這對于文化的記錄和宣傳推廣具有重大意義。

2 古建筑數(shù)字化建模的技術(shù)概況

在本項(xiàng)目研究中使用的設(shè)備為三維激光掃描儀、無人機(jī)傾斜攝影設(shè)備。兩種數(shù)字化建模方式為：三維激光掃描儀（TLS）生成點(diǎn)數(shù)據(jù)云建模及無人機(jī)攝影（TDP）照片建模，以便在準(zhǔn)確性、密度和文件大小方面進(jìn)行比較。

2.1 項(xiàng)目背景與目標(biāo)

本項(xiàng)目對象為陜西省西安市的廣仁寺，坐落在西安城內(nèi)西北角，緊鄰明城墻。該寺是康熙于康熙四十二年（公元1703 年）西巡時(shí)諭令陜西巡撫營建的一座藏傳佛教寺院。這座喇嘛行宮被賜名為廣仁寺，寓“廣布仁慈”之意，建成至今已有300 多年歷史[3]。廣仁寺是陜西地區(qū)唯一一座藏傳佛教格魯派寺院，作為藏傳佛教在內(nèi)地傳播的歷史實(shí)物見證，對民族團(tuán)結(jié)起到了積極的推動(dòng)作用，有很高的歷史文化研究價(jià)值。早在1983年，廣仁寺被國務(wù)院列為佛教全國重點(diǎn)寺院。

1705 年廣仁寺建成時(shí)分前院、中院、東院三個(gè)院區(qū)，寺院總面積100 多畝，房屋400 余間。歷經(jīng)百年歷史動(dòng)蕩，寺院建筑幾經(jīng)變革，其中前院和東院已化為烏有[4]。經(jīng)過多次修整，現(xiàn)在的廣仁寺占地面積16 畝，坐北朝南呈規(guī)則長方形，長150m，寬40m，布置三重院落，主要單體建筑沿中軸線對稱展開。從南往北，山門外左右兩邊各有4 座白塔，進(jìn)山門為一照壁，兩邊廂房。第一進(jìn)院落面積最大，中有一八角攢尖頂康熙御碑亭一座。院兩側(cè)為鐘樓、鼓樓，主殿為天王殿，卷棚硬山頂；第二進(jìn)院落為核心區(qū)域，有四個(gè)配殿，護(hù)法殿、長壽殿為卷棚頂；迦藍(lán)殿和財(cái)神殿為硬山頂。院中為度母殿，單檐卷棚歇山頂，可證明其等級高于其他殿，為廣仁寺主殿。其后為千佛殿，卷棚硬山頂，配有耳房；第三進(jìn)院落面積最小，但建筑體量最大，為金頂藏經(jīng)閣，兩側(cè)各連有僧房。整個(gè)院落東側(cè)現(xiàn)為僧舍及辦公之處，保證了寺院的功能性及秩序性。

圖1 廣仁寺區(qū)位（圖片來源：作者改繪自高德地圖）

圖2 廣仁寺院落、建筑布局及建筑海拔差圖示（圖片來源：作者自繪）

圖3 三維激光掃描技術(shù)路徑（圖片來源：作者自繪）

整個(gè)廣仁寺雖然為皇家寺院，但并不華麗恢弘。因其作為駐留行宮，院落尺度非常適宜，細(xì)節(jié)精致。寺院布局上完全遵循了傳統(tǒng)漢式中軸序列、規(guī)整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃布局，在建筑細(xì)部及裝飾部分又無不體現(xiàn)了藏傳佛教特色，呈現(xiàn)出漢藏融合的藝術(shù)特征，也是藏傳佛教在內(nèi)地傳播的見證。

2.2 技術(shù)介紹

2.2.1 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是20 世紀(jì)90 年代發(fā)展起來的一種高精度、快速獲取物體三維幾何數(shù)據(jù)的測量技術(shù)。其原理是掃描儀內(nèi)部發(fā)射的激光在碰到目標(biāo)物體的表面后反射回來，通過測量兩點(diǎn)間激光傳輸?shù)臅r(shí)間差或者相位移動(dòng)值自動(dòng)解算求得被測點(diǎn)上的相對三維坐標(biāo)間距[5]。通過連續(xù)地發(fā)射激光，以空間點(diǎn)云的形式記錄被測物體的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息。經(jīng)過后期拼接等技術(shù)處理，能夠快速重構(gòu)物體的三維實(shí)體模型及線、面、體等各種要件數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)空間形態(tài)的觀察、空間距離的量取和三維模型的擬合等操作[6]。三維激光掃描技術(shù)因其具有非接觸性、快速性、精確性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于古建筑修復(fù)、古建筑保護(hù)、文物考古等方面。

2.2.2 傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)。其原理是通過集成飛行平臺、導(dǎo)航系統(tǒng)和傾斜攝影測量系統(tǒng)，從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜、五個(gè)不同的視角同步獲取到豐富的建筑物頂視及側(cè)視的高分辨率紋理，之后通過定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維模型。傾斜攝影測量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實(shí)效果和測繪級精度提供保證。同時(shí)，無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性使得技術(shù)應(yīng)用范圍和用戶群體大大增加。另外傾斜攝影技術(shù)根據(jù)影像數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的三維建模，大大降低了數(shù)據(jù)采集和建模的經(jīng)濟(jì)、時(shí)間、人力代價(jià)，尤其適用于中小城市等大范圍的建模工作，在數(shù)字城市、城市管理、環(huán)保監(jiān)測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

2.3 設(shè)備組成及參數(shù)設(shè)置

2.3.1 三維激光掃描儀

掃描儀型號：Trimble TX5

測距范圍:：0.6 ～120 米（戶內(nèi)戶外低照度和正常入射90%反射率表面）

模糊范圍：153.49 米

掃描速度（平均）：976 000 點(diǎn)/秒

視場角(垂直/水平)：300°/360°

距離精度：±2 毫米（10 米或25 米處，分別對應(yīng)90%和10%反射率）

光斑直徑：3 毫米

分辨率：最大7000 萬彩色像素2.3.2 傾斜攝影無人機(jī)

無人機(jī)型號：大疆Mavic Pro影像傳感器：1/2.3 英寸CMOS有效像素：1235 萬（總像素1271 萬）

相機(jī)鏡頭：FOV 78.8°，26mm（35mm 格式等效），f/2.2，畸變＜1.5%

相機(jī)參數(shù)：自動(dòng)模式，ISO 100，Shutter 2500

3 傾斜攝影測量及三維激光掃描技術(shù)路徑與適用性對比

本項(xiàng)目前期工作進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀以及實(shí)地考察，對研究對象要素特征及數(shù)字化目標(biāo)進(jìn)行分析，確定兩種技術(shù)方案：明確技術(shù)是否具有可操作性以及現(xiàn)有的軟硬件平臺是否滿足要求；設(shè)計(jì)采集信息的站點(diǎn)及路徑，并進(jìn)行小范圍實(shí)驗(yàn)，通過測試效果對技術(shù)使用范圍及針對性進(jìn)行確認(rèn)。最終本項(xiàng)目使用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)建筑的數(shù)據(jù)采集及建模，使用傾斜攝影照片進(jìn)行整體院落的建模。

3.1 三維激光掃描技術(shù)路徑

3.1.1 數(shù)據(jù)采集

圖5 傾斜攝影測量技術(shù)路徑（圖片來源：作者自繪）

圖6 航線設(shè)置及采集點(diǎn)（圖片來源：作者自繪）

采集過程分三個(gè)階段：站點(diǎn)選擇、布站掃描、檢查補(bǔ)站。首先要根據(jù)被測對象范圍及建筑特點(diǎn)設(shè)計(jì)掃描方案。到達(dá)現(xiàn)場后分析環(huán)境和建筑分布的特點(diǎn)，分析數(shù)字化條件。由于單個(gè)測站僅能從一個(gè)掃描站點(diǎn)掃描360°范圍內(nèi)的影像，無法反映整體特征，所以要采用分站方式和無死角方式對被測物體進(jìn)行掃描，并且相鄰站點(diǎn)掃描范圍之間的重疊度大有利于后期點(diǎn)云能夠配準(zhǔn)。近距離掃描會存在盲點(diǎn)，得到全范圍覆蓋需要設(shè)置更多站點(diǎn)；而遠(yuǎn)距離掃描會影響最終模型精度，所以可以進(jìn)行小范圍實(shí)驗(yàn)工作，之后進(jìn)行方案調(diào)整。本次外業(yè)作業(yè)根據(jù)廣仁寺庭院的空間特點(diǎn)，一共沿寺院中軸線對稱設(shè)計(jì)了38 個(gè)地面控制點(diǎn)（GCPs），從而形成閉合環(huán)型控制網(wǎng)。

在選定的測站上架設(shè)掃描儀后調(diào)整好儀器姿態(tài)，為確保采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在每次掃描開始之前要進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，設(shè)置掃描參數(shù)，確定掃描區(qū)域后即可啟動(dòng)掃描程序。本次作業(yè)分辨率設(shè)置為1/5，此分辨率適用于建筑、文物等對象的掃描。樹木、環(huán)境等不需要太精細(xì)的對象用1/8 分辨率即可。對院落及建筑復(fù)合型的對象，可以先掃描一個(gè)較大的范圍，掃描到盡可能多的靶標(biāo)，得到場景的粗掃點(diǎn)云圖，然后再對一些復(fù)雜或精細(xì)部位進(jìn)行高精度掃描以補(bǔ)充精確數(shù)據(jù)。

3.1.2 數(shù)據(jù)處理

在得到被測對象的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，內(nèi)業(yè)作業(yè)有數(shù)據(jù)的預(yù)處理、坐標(biāo)配準(zhǔn)、點(diǎn)云拼接、修復(fù)漏洞、紋理貼圖和渲染等步驟。

本項(xiàng)目使用Faro Scene、Geomagic Control軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在對古建筑掃描過程中由于外界環(huán)境對掃描目標(biāo)的阻擋和遮掩（如移動(dòng)的車輛、行人，樹木的遮擋）及實(shí)體本身的反射特性不均勻等因素，造成大量無效冗余數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對后期建模會造成嚴(yán)重干擾，所以要對這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即點(diǎn)云去噪、分隔、精簡和分組等?？梢赃x擇合適的過濾算法來配合這一過程自動(dòng)完成。

表1 無人機(jī)飛行指標(biāo)及參數(shù)（表格來源：作者自繪）

得到的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)會存在點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系不一致的問題，接下來進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)及拼接工作。采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Scene 軟件處理和配準(zhǔn)，軟件會根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)將點(diǎn)云配準(zhǔn)到控制網(wǎng)坐標(biāo)系下。靶標(biāo)缺失的點(diǎn)云，利用公共區(qū)域?qū)ふ彝c(diǎn)對其進(jìn)行兩兩配準(zhǔn)，當(dāng)同名點(diǎn)不能找到時(shí)，利用人工配準(zhǔn)法。另外，由于人為操作和角架的誤差，一些點(diǎn)云接合處不太理想時(shí)，包括一些無坐標(biāo)補(bǔ)掃面的拼接也需要進(jìn)行手動(dòng)拼接處理。

以上工作完成后，即可得到初步的被測對象的點(diǎn)云模型。由于點(diǎn)云本身的離散性，會導(dǎo)致模型仍舊存在一定缺陷，需要在多邊形階段對其進(jìn)行調(diào)整，才能得到準(zhǔn)確的數(shù)字模型。由于古建構(gòu)造復(fù)雜多樣，所以目前網(wǎng)格的修補(bǔ)難以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。三維激光掃描儀點(diǎn)云數(shù)據(jù)的漏洞修復(fù)主要采用兩種方法：當(dāng)空洞出現(xiàn)在平面區(qū)域內(nèi)（如窗戶或者墻面上的洞），可采用線性插值的方法填補(bǔ)空洞數(shù)據(jù)；當(dāng)空洞出現(xiàn)在非平面區(qū)域（如柱上出現(xiàn)的漏洞），可采取二次曲面插值方法。另外也可結(jié)合數(shù)碼相機(jī)、無人機(jī)拍攝的照片及衛(wèi)星數(shù)據(jù)結(jié)合，進(jìn)一步完成建模工作。將拼合完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Control 和3ds MAX 軟件中可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)模型的修改、紋理貼圖和渲染。

3.2 傾斜攝影測量技術(shù)路徑

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

圖7 不同的模型生成方式（圖片來源：作者自繪）

圖8 廣仁寺傾斜攝影三維模型（圖片來源：作者自繪）

考察目標(biāo)物體及區(qū)域飛行環(huán)境，在Altizure軟件中設(shè)計(jì)無人機(jī)航線及拍攝參數(shù)，按照目標(biāo)建筑物的實(shí)際情況進(jìn)行飛行高度、航線角度、航向重疊率、旁向重疊率、相機(jī)傾斜角度、飛行速度、拍攝間隔等參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行測試飛行并調(diào)整飛行計(jì)劃；正式飛行作業(yè)前檢查相鄰航帶側(cè)視影像飛行方向是否一致，確定拍攝及飛行參數(shù)設(shè)置無誤后，進(jìn)行自動(dòng)飛行數(shù)據(jù)采集作業(yè)。

本次作業(yè)采用單鏡頭無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，針對目標(biāo)建筑物規(guī)劃一條垂直，四條傾斜共五條航線，分五次飛行采集數(shù)據(jù)。使用以下參數(shù)：

（1）注意事項(xiàng)：

①若實(shí)驗(yàn)條件受限，航向與旁向重疊率可采用65%～80%；

②單次完整作業(yè)時(shí)間20 分鐘。如在高原或寒冷地區(qū)作業(yè)，由于低溫對鋰電池的影響需采用多任務(wù)采集模式；

③若采集中出現(xiàn)相對誤差和絕對漏洞應(yīng)及時(shí)補(bǔ)攝，務(wù)必保證與前次采集參數(shù)保持一致，采集時(shí)間點(diǎn)不能相差太大；

④若地物表面有凸出或鏤空等部位，需要對局部進(jìn)行多角度采集。

（2）數(shù)據(jù)質(zhì)量要求：

①對焦準(zhǔn)確、影像清晰、層次豐富，采用手動(dòng)對焦、小光圈拍攝，避免曝光過度；可先用自動(dòng)模式測試，然后切換手動(dòng)模式進(jìn)行作業(yè)；

避免出現(xiàn)大面積陰影、反光、動(dòng)態(tài)云影等缺陷，少量局部缺損可后期手動(dòng)修復(fù)；

②多區(qū)塊拼接時(shí)確保拼接處無明顯模糊、重影和錯(cuò)位；

③飛行記錄數(shù)據(jù)完整。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理

飛行數(shù)據(jù)采集完成后，將采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入地面工作站，以測區(qū)幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)立ENU（East-North-Up）坐標(biāo)系，將模型按照該坐標(biāo)系進(jìn)行切分和輸出?？梢愿鶕?jù)不同的需求選擇不同的算法,模型的生成方式有平滑的（Arbitrary-Smooth）、任意的（Arbitrary-Sharp）、高程平緩的（Height Field-Smooth）和高程鋒利的（Heightfield-Sharp）。通過圖片對齊建立密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在地面工作站或者實(shí)驗(yàn)室GPU 處理集群的支持及算法的持續(xù)優(yōu)化下，通過密集匹配尋找連接點(diǎn)進(jìn)行空三解算，生成三維TIN網(wǎng)格模型。

局部數(shù)據(jù)采集支持普通數(shù)碼相機(jī)，可以通過至少兩張照片建立一個(gè)模型。對被測物拍照后，將拍攝的照片輸入軟件，軟件能夠自動(dòng)識別空間點(diǎn)并將所有照片進(jìn)行匹配。計(jì)算過程全自動(dòng)化，不需要編碼目標(biāo)來對照片進(jìn)行匹配。若目標(biāo)區(qū)域范圍較大，數(shù)據(jù)量多，可采用分區(qū)塊處理后拼接完成。根據(jù)三維TIN 網(wǎng)格每個(gè)三角形瓦片的法線方程與二維圖像之間的夾角篩選出對應(yīng)的最優(yōu)紋理信息，進(jìn)行紋理貼圖映射處理，生成基于真實(shí)影像紋理的高分辨率實(shí)景三維模型。

三維模型重建完成后經(jīng)常會出現(xiàn)模型漏洞、紋理殘缺的情況，此時(shí)需要采用過濾、配準(zhǔn)、清理、分割、網(wǎng)格、紋理等操作流程去除冗余數(shù)據(jù)，補(bǔ)充空白漏洞。可在Metashape 或Context Capture 中輸出并獲得OBJ 格式三維場景模型，后將模型導(dǎo)入3DS Max 或者M(jìn)eshmixer 中進(jìn)行紋理補(bǔ)全、模型裁剪等操作進(jìn)行細(xì)微場景優(yōu)化，直到符合預(yù)期的質(zhì)量要求。

3.3 技術(shù)對比與選擇

傳統(tǒng)建模通常基于CAD 平面圖、影像數(shù)據(jù)或者人工測量尺寸，用Auto CAD 輔助Sketch Up、3ds Max 等建模軟件進(jìn)行人工建模。這種方式制作出的模型數(shù)據(jù)精度較低，紋理與實(shí)際效果偏差較大，同時(shí)需要大量的人工參與，數(shù)據(jù)制作周期較長，造成數(shù)據(jù)的時(shí)效性較低，無法真正滿足較高現(xiàn)實(shí)需求。

三維數(shù)字化的目標(biāo)是要讓模型具有幾何準(zhǔn)確性、照片級的真實(shí)感和場景的完整性，是要讓數(shù)字模型在形狀、位置、色彩等方面忠實(shí)于原物，并達(dá)到高精度的要求。三維激光掃描建模和傾斜攝影建模在此時(shí)顯示出其優(yōu)越性，但是進(jìn)行三維建模工作最好根據(jù)被測物體的具體特征選擇合適的技術(shù)手段，制定相應(yīng)的采集方案。

通過對一個(gè)被測對象使用不同的建模技術(shù)，可以將兩種技術(shù)的適用性進(jìn)行對比。

（1）當(dāng)對象為單體建筑立面、建筑內(nèi)部及建筑構(gòu)件時(shí)：適用于三維掃描。單體建筑范圍相對較小，且寺廟建筑內(nèi)部經(jīng)常包含雕像、廊柱、佛臺、墻壁浮雕、屋頂壁畫、斗拱結(jié)構(gòu)等造型復(fù)雜、形狀特異的測繪對象，無人機(jī)難以近距離飛行，得到的數(shù)據(jù)精細(xì)化程度不高。三維激光掃描相對具有靈活性、安全性、精確性等優(yōu)點(diǎn)。

（2）當(dāng)古建筑四周可能會出現(xiàn)有樹木遮擋或建筑間距過窄的情況時(shí)：適用于三維掃描。無人機(jī)按照航線采集數(shù)據(jù)會出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失的現(xiàn)象，由于遮擋或飛行限制也難以接近建筑進(jìn)行精細(xì)化捕捉。

（3）當(dāng)建筑物高大且沒有可利用的建筑能從平視視點(diǎn)進(jìn)行掃描時(shí)：適用于傾斜攝影。以低視角進(jìn)行三維掃描會造成屋頂數(shù)據(jù)缺失。近距離掃描需要設(shè)置大量站點(diǎn)以保證數(shù)據(jù)重疊度，而遠(yuǎn)距離掃描會影響最終模型精度。

（4）對集群類建筑目標(biāo)對象，或者需要反映周邊環(huán)境及地形的真實(shí)情況時(shí)：適用于傾斜攝影。三維激光掃描技術(shù)工作量大、成本高，而傾斜攝影能夠根據(jù)設(shè)定航線自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，并且影像數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的三維建模。但是數(shù)據(jù)采集作業(yè)的地理及氣候環(huán)境通常也有較大限制，是無人機(jī)航測過程中無法避免的客觀難題。

結(jié)語

我國古代建筑文化有著悠久的內(nèi)涵和矚目的成就，但由于人為侵害以及自然災(zāi)害的威脅，保存狀態(tài)不容樂觀。因此，開展古建筑的數(shù)字化保護(hù)工作刻不容緩。習(xí)近平總書記指出：一個(gè)民族的復(fù)興需要強(qiáng)大的物質(zhì)力量，也需要強(qiáng)大的精神力量。我們要把老祖宗留下的文化遺產(chǎn)精心守護(hù)好，讓歷史文脈更好地傳承下去。本項(xiàng)目對西安廣仁寺這一珍貴的藏傳佛教寺院進(jìn)行全方位的研究，以歷史文化資源調(diào)查為基礎(chǔ)，以數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)地域文化資源永久保存，目的在于探索與傳承古建筑營造技藝，整合各類關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建古建筑的數(shù)字檔案，為實(shí)現(xiàn)文化廣泛傳播、有序傳承，為走向科學(xué)化的歷史文化保護(hù)與管理奠定基礎(chǔ)。筆者相信隨著對遺產(chǎn)保護(hù)的需求不斷增加，軟、硬件技術(shù)飛速發(fā)展，三維建模技術(shù)將會逐步智能化，局部克服其條件限制，能夠更加有效地在遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。