曾榮燦

（貴州中色藍(lán)圖科技有限公司，貴陽(yáng)550000）

1 古建筑測(cè)繪的難點(diǎn)

古建筑測(cè)繪是一項(xiàng)復(fù)雜而具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)， 因?yàn)楣沤ㄖǔ＞哂歇?dú)特的結(jié)構(gòu)和珍貴的歷史價(jià)值， 同時(shí)可能受到自然損壞、人為破壞或年代久遠(yuǎn)等因素的影響。 古建筑通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括曲線、拱頂、穹頂、裝飾元素和不規(guī)則形狀的房間，測(cè)繪這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要高精度的測(cè)量和建模技術(shù)。 古建筑的形狀可能非常不規(guī)則，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的幾何形狀，使傳統(tǒng)的測(cè)繪方法可能無(wú)法直接應(yīng)用， 需要使用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)處理非常規(guī)形狀。 隨著時(shí)間的推移，古建筑可能會(huì)失去一些原始細(xì)節(jié)，如裝飾元素、彩色涂層或繪畫(huà)，測(cè)繪時(shí)需要盡可能準(zhǔn)確地還原這些細(xì)節(jié)，以維護(hù)建筑的歷史和文化價(jià)值。 同時(shí)，古建筑通常會(huì)受到老化、磨損和破損的影響，這可能導(dǎo)致墻壁的傾斜、結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定和材料的腐爛，在測(cè)繪過(guò)程中，需要考慮這些損傷對(duì)建筑的影響，并記錄它們。 為了保護(hù)古建筑，通常需要采用無(wú)侵入性的測(cè)繪方法，以避免對(duì)建筑造成損害，增加了測(cè)繪工作的難度，因?yàn)椴荒苤苯咏佑|建筑物表面[1]。 對(duì)于一些非常古老的古建筑，沒(méi)有準(zhǔn)確的歷史文獻(xiàn)可供參考，使了解建筑的歷史和構(gòu)造更加困難。 另外，古建筑的保護(hù)和研究通常需要非常高的精確度，特別是當(dāng)涉及文化遺產(chǎn)保護(hù)或建筑修復(fù)時(shí)，任何測(cè)繪錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致對(duì)建筑物的不正確干預(yù)。 古建筑位于不同的環(huán)境中，可能會(huì)受到天氣、濕度、溫度和自然災(zāi)害等因素的影響，會(huì)影響建筑物的狀態(tài)和測(cè)繪過(guò)程，克服這些難點(diǎn)需要綜合運(yùn)用傳統(tǒng)的測(cè)繪方法和現(xiàn)代的測(cè)量技術(shù)， 以及具備專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)。 此外，還需要密切合作，確保所有相關(guān)方能夠充分了解古建筑的特點(diǎn)和需求， 以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)繪和有效進(jìn)行文化遺產(chǎn)保護(hù)。

2 古建筑測(cè)繪的方法及新技術(shù)的要點(diǎn)

古建筑測(cè)繪是一項(xiàng)關(guān)鍵的文化遺產(chǎn)保護(hù)工作， 旨在記錄和分析古代建筑的結(jié)構(gòu)、特征和歷史，以便維護(hù)、修復(fù)和研究。傳統(tǒng)古建筑測(cè)繪方法主要是使用傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器如測(cè)距儀、水平儀、經(jīng)緯儀等進(jìn)行人工測(cè)量，這些工具對(duì)于簡(jiǎn)單的建筑物仍然有效。 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)制作平面圖和立面圖，用于記錄建筑的基本結(jié)構(gòu)和布局；詳細(xì)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)、尺寸、角度和特征等信息，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以了解建筑物的狀態(tài)和特點(diǎn)。 基于測(cè)繪數(shù)據(jù)的分析，制訂文化遺產(chǎn)保護(hù)計(jì)劃，包括修復(fù)、保護(hù)和維護(hù)建筑的方案，將測(cè)繪數(shù)據(jù)整理成測(cè)繪報(bào)告和圖紙，以供研究人員、保護(hù)者和決策者使用[2]。

現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于古建筑測(cè)繪， 包括以下關(guān)鍵技術(shù)：（1）激光掃描技術(shù)。 利用激光掃描技術(shù)，可以生成高精度的三維模型， 捕捉建筑物的形狀和細(xì)節(jié)， 可以快速獲取大量數(shù)據(jù)，尤其適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的古建筑。 （2）無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)。通過(guò)搭載相機(jī)或傳感器的無(wú)人機(jī)， 可以進(jìn)行高分辨率的航拍圖像采集，生成三維模型或點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于建筑測(cè)繪和建模。（3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以創(chuàng)建逼真的古建筑虛擬模型，讓用戶親臨其境，以更好地理解建筑和歷史。（4）3D 掃描和攝影測(cè)量。 使用先進(jìn)的3D 掃描設(shè)備和攝影測(cè)量技術(shù)，可以精確測(cè)量建筑的尺寸、形狀和細(xì)節(jié)，包括紋理和裝飾元素。 （5）數(shù)據(jù)處理和分析軟件。 新技術(shù)通常使用數(shù)據(jù)處理和分析軟件，用于整理、處理和分析測(cè)繪數(shù)據(jù)，以生成詳細(xì)的建筑模型和圖紙。（6）文化遺產(chǎn)信息系統(tǒng)。利用信息系統(tǒng)，可以管理和存儲(chǔ)大量的測(cè)繪數(shù)據(jù)、圖像和文檔，以支持文化遺產(chǎn)的研究和保護(hù)。（7）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，用戶可以使用智能手機(jī)或AR 眼鏡， 在古建筑實(shí)際場(chǎng)景中獲取附加信息，如歷史背景或文化解釋[3]。 綜合使用這些新技術(shù)和傳統(tǒng)測(cè)繪方法，可以更全面、高效、準(zhǔn)確地測(cè)繪古建筑，有助于更好地理解和保護(hù)這些寶貴的文化遺產(chǎn)。 新技術(shù)的應(yīng)用使古建筑測(cè)繪工作更加精密和多樣化， 為文化遺產(chǎn)保護(hù)和歷史研究提供了更多的工具和資源。

3 古建筑測(cè)繪的方法及新技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 激光掃描技術(shù)

激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的數(shù)字測(cè)繪方法， 已廣泛應(yīng)用于古建筑測(cè)繪和文化遺產(chǎn)保護(hù)中， 該技術(shù)使用激光束測(cè)量物體表面上的點(diǎn)，將這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高度精確的三維模型。激光掃描技術(shù)的工作原理基于激光雷達(dá)的原理， 它包括以下主要步驟。

1）發(fā)射激光束。 一臺(tái)激光掃描儀發(fā)射激光束，這束激光經(jīng)過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的鏡頭系統(tǒng)，以覆蓋整個(gè)測(cè)繪區(qū)域。

2）激光束碰撞目標(biāo)。 激光束碰撞建筑物表面上的點(diǎn)，然后被反射回到激光掃描儀。

3）測(cè)量反射時(shí)間。 通過(guò)測(cè)量激光束從發(fā)射到碰撞目標(biāo)再反射回的時(shí)間，激光掃描儀可以確定激光束與目標(biāo)的距離。

4）多個(gè)點(diǎn)的測(cè)量。 激光掃描儀通過(guò)連續(xù)地發(fā)射激光束，旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)來(lái)掃描整個(gè)建筑物的表面， 可以獲取大量點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，形成點(diǎn)云。

5）點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理。 獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通常需要進(jìn)行后期處理，包括去除雜散點(diǎn)、數(shù)據(jù)配準(zhǔn)（點(diǎn)云的對(duì)齊和融合）以及創(chuàng)建密度更高的點(diǎn)云模型。

6）生成三維模型。 處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以用來(lái)創(chuàng)建高度精確的三維模型，包括平面圖、立面圖、房間內(nèi)部的三維模型等。

激光掃描技術(shù)在古建筑測(cè)繪中具有廣泛的應(yīng)用， 激光掃描可以生成高精度的三維模型，準(zhǔn)確反映建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，包括曲線、裝飾元素和雕刻[4]。 對(duì)于復(fù)雜的古建筑，如大教堂、城堡和宮殿，激光掃描可以輕松捕捉復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝飾，提供詳盡的數(shù)據(jù)。 通過(guò)激光掃描，建筑物的當(dāng)前狀態(tài)可以被快速、準(zhǔn)確地記錄下來(lái)，以幫助文化遺產(chǎn)保護(hù)者制訂修復(fù)、保護(hù)和維護(hù)計(jì)劃。 激光掃描是一種非侵入性的測(cè)量方法，不需要直接接觸建筑物表面，因此，不會(huì)對(duì)古建筑造成任何傷害。 基于激光掃描的數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，讓人們以全新的方式探索古建筑，包括虛擬游覽和互動(dòng)展示。 同時(shí)，激光掃描數(shù)據(jù)可以用于歷史研究和教育，使學(xué)者和學(xué)生能夠深入了解古建筑的演變和歷史背景。 激光掃描技術(shù)因其高精度、高效率和非侵入性的特點(diǎn)，已經(jīng)成為古建筑測(cè)繪的不可或缺的工具之一，為文化遺產(chǎn)保護(hù)、歷史研究和建筑修復(fù)提供了強(qiáng)大的支持， 有助于保存和傳承珍貴的文化遺產(chǎn)。

3.2 無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)

無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)是古建筑測(cè)繪領(lǐng)域的一項(xiàng)重要新技術(shù)，該技術(shù)利用無(wú)人機(jī)搭載的相機(jī)或傳感器，通過(guò)拍攝高分辨率的航拍圖像或生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的高精度、高效率測(cè)量和建模。 無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)的工作原理基于以下主要步驟：第一，航拍圖像采集。 無(wú)人機(jī)搭載高分辨率相機(jī)，飛行員或自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)通過(guò)預(yù)定航線在不同角度和高度拍攝古建筑的航拍圖像， 這些圖像捕捉了建筑物的不同角度和細(xì)節(jié)。 第二，全球定位系統(tǒng)（GPS）/ 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和慣性定位導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）進(jìn)行定位。無(wú)人機(jī)通過(guò)GNSS 接收器和INS 確定其精確的位置和方向， 以確保圖像地理定位的準(zhǔn)確性[5]。 第三，圖像處理。 獲取的航拍圖像需要進(jìn)行后期處理，包括圖像校正、去除畸變、圖像匹配和色彩校正等，以確保圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。 第四，特征提取和匹配。 使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，自動(dòng)或半自動(dòng)地提取圖像中的特征點(diǎn)（如建筑的角點(diǎn)、邊緣、窗戶等）并進(jìn)行匹配，以確定這些特征點(diǎn)在不同圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 第五，三維點(diǎn)云或模型生成。 基于特征匹配和相機(jī)的參數(shù)， 計(jì)算機(jī)可以生成建筑物的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)或三維模型，這些數(shù)據(jù)包含了建筑物的幾何形狀和細(xì)節(jié)信息。

無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)在古建筑測(cè)繪中有廣泛的應(yīng)用，通過(guò)無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)， 可以生成高分辨率的古建筑三維模型，包括外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些模型具有足夠的細(xì)節(jié)，可用于詳細(xì)的建筑分析。 同時(shí)，利用多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的航拍圖像，可以進(jìn)行古建筑的變遷分析， 了解其演變歷史和受到的損壞或修復(fù)情況。 無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)可以幫助文化遺產(chǎn)保護(hù)者監(jiān)測(cè)和記錄古建筑的狀況，以制訂維護(hù)和修復(fù)計(jì)劃。 基于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)創(chuàng)建的三維模型可以用于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展示， 讓人們以互動(dòng)和沉浸式的方式探索古建筑。 無(wú)人機(jī)影像測(cè)量技術(shù)為古建筑測(cè)繪提供了一種高效且具有精度的方法， 不僅提高了測(cè)繪的效率， 還為古建筑的保存和傳承提供了更多的信息和工具。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑測(cè)繪中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在古建筑測(cè)繪和文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越重要，它給人們以全新的方式探索古建筑，提供了一種具有潛力的工具，使人們更好地理解、保護(hù)和傳承文化遺產(chǎn)。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于創(chuàng)建高度逼真的古建筑虛擬模型， 包括建筑的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 這些虛擬模型基于測(cè)繪數(shù)據(jù)、航拍圖像或激光掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建，可以讓用戶在虛擬環(huán)境中自由漫游，仿佛置身于古建筑內(nèi)部和周圍環(huán)境中。 可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)，進(jìn)行古建筑的互動(dòng)式導(dǎo)覽。 導(dǎo)覽包括虛擬講解員、信息標(biāo)簽、音頻引導(dǎo)和虛擬標(biāo)記等，可幫助參觀者更深入地了解建筑的歷史、建筑風(fēng)格和文化背景。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用于考古學(xué)研究中，以還原古代建筑遺址的原貌，考古學(xué)家可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將文物、遺跡和古代建筑重新創(chuàng)建，以便更好地理解過(guò)去的文明和歷史。 虛擬現(xiàn)實(shí)允許用戶體驗(yàn)歷史事件和時(shí)代，如重新演繹古建筑的歷史事件，如戰(zhàn)斗、慶典或宗教儀式，有助于傳達(dá)歷史的生動(dòng)性和真實(shí)性。 文化遺產(chǎn)保護(hù)者和建筑師可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)來(lái)模擬不同的修復(fù)方案， 以評(píng)估其對(duì)古建筑的影響，幫助決策者更好地制訂定修復(fù)計(jì)劃，以保護(hù)建筑的原始特征。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)允許多個(gè)研究者、保護(hù)者和教育工作者遠(yuǎn)程合作，共同研究和保護(hù)古建筑，可以在虛擬環(huán)境中共享數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)和見(jiàn)解。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在古建筑測(cè)繪和文化遺產(chǎn)保護(hù)中提供了一種全新的方式，讓人們更親近、更深入地了解古建筑，以及更好地傳承和保護(hù)文化遺產(chǎn)，為研究、教育、宣傳和保護(hù)提供了強(qiáng)大的工具， 有望推動(dòng)古建筑領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

古建筑測(cè)繪不僅僅是一項(xiàng)科技任務(wù)， 更是一項(xiàng)對(duì)過(guò)去文明的尊重和傳承。 新技術(shù)的不斷進(jìn)步將繼續(xù)塑造古建筑測(cè)繪領(lǐng)域的未來(lái)。 激光掃描、無(wú)人機(jī)影像測(cè)量、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能等技術(shù)的發(fā)展將為古建筑測(cè)繪提供更多可能性， 使古建筑的保護(hù)和研究更加深入和全面，然而，必須謹(jǐn)慎對(duì)待這些技術(shù)的應(yīng)用，確保它們符合倫理、法規(guī)和文化保護(hù)的原則，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地測(cè)繪和有效地進(jìn)行文化遺產(chǎn)保護(hù)。