谈述测绘地面三维激光扫描技术在文物测绘中运用工作

论文导读：
【摘 要】 地面三维激光扫描技术是一种应用于文物测绘的主流技术，该技术具有测绘数据准确、对文物伤害小、扫描结果更易保存和应用等特点。本文首先对该技术的实现原理和实现流程进行了分析，然后就其中的关键技术做了研究，最后对其在文物测绘中的应用进行了讨论。
【关键词】 地面三维激光扫描 文物测绘 关键技术
文物是古代人民的劳动结晶，通过研究文物可以获得较为丰富的研究成果，对于了解古代人民的生活劳动方式具有重要意义。对文物进行测绘是其他文物工作开展的基础，随着现代技术的发展，空间扫描成像技术及计算机数据处理技术已经被广泛应用到文物测绘工作中，且在不断向集成化、数字化、精细化等方向发展。地面三维激光扫描技术可以利用计算机相关技术对文物的三维空间属性进行测绘，不仅消除了传统接触式测绘方式对文物的损害，还能够更加精确地将文物面貌、属性等信息真实准确的反映出来，是一种非常具有实用价值的文物测绘技术。
1 地面三维激光扫描技术概述

1.1 基本实现原理摘自：本科毕业论文致谢词www.7ctime.com

地面三维激光扫描技术是一种集光、电、计算机数据处理等多种技术为一体的高精度空间测量技术，该技术通过发射多束激光对扫描对象进行空间照射，配合使用脉冲测距法获取激光测量过程中的多种返回数据如被测单位的距离值、每束激光的横纵向扫描角度观察值、每一接收点所接收到的激光反射强度等，进而利用性能强大的计算机对所获得的数据进行处理和建模等操作，最终获得被扫描对象的试题信息。

1.2 实现流程

相较于传统的文物测绘技术而言，该技术可以在不接触文物的前提下完成数据的采集和处理，且所采集到的数据精度更高更丰富，配合高性能计算机的使用可以即时的完成测绘任务，特别是在某些测绘难度较高的环境中，该技术更能够发挥其性能特点。
其中，准备工作主要用于确定被扫描文物的空间分布、形态以及对扫描点位置的选取、扫描精度的确定等进行分析和确认，进而制定相关的扫描方案并根据扫描方案选取相应的仪器和设备。
在准备工作完成后即可启动相关设备和软件对被测绘文物进行数据扫描获得“点云”数据，这些“点云”数据是一系列三维坐标及颜色属性的集合，无法直接使用，而是需要通过相关的数据处理算法和建模方法等将这些数据转化为文物的三维立体影像。经过上述过程后，一次文物测绘工作就基本完成了。
2 文物测绘中的关键技术分析

2.1 点云数据的预处理

三维激光扫描设备在对文物测绘过程中会生成大量的数据信息，这些数据信息既包含有用的文物信息，还包含无用的干扰信息等，为提升后续操作的精度需要对这些点云数据进行预处理，如去噪、平滑、简化等。其中去噪和平滑主要是对点云数据中的误差进行校正或消除，简化主要是对数据信息进行筛选和压缩。

2.2 点云数据的分割

只有按照某种规则分割后的点云数据才能够进入处理阶段，目前常用的分割方法有两种，基于边的区域分割方法可以按照文物的边点属性对采集到的数据进行检测，然后按照所检测到的边点信息对点云数据进行连接或拟合；基于面的区域分割方法则是首先对需要使用的网格大小和位置等进行分类，然后在利用该分类对采集到的点运输局进行聚类等操作，最后形成多个数据域。

2.3 点云数据的三维建模

三维建模是利用测绘信息构成文物三维模型的核心环节，该过程的实现主要有两种：三角网格面模型重建技术和样条曲面模型重建技术。鉴于前者所建立的模型具有更好的边界适应性和构造灵活性，故得到了非常广泛的应用。
3 地面三维激光扫描技术在文物测绘中的应用
当文物的三维扫描模型被建立后可用用于进行以下几方面研究。

3.1 三维信息存留

文物具有稀缺性和唯一性，对文物进行信息存留是文物保护的一项重点工作，后续的文物修复、文物研究等工作的开展都要以此为基础。
传统的文物信息存留工作中需要综合应用多种信息存储手段对文物的多种属性信息分别记录，如应用常规测绘技术对文物的形态尺寸等进行记录、应用影像技术对文物的外观纹理等信息进行记录等。这种信息存留方式不仅实现复杂，而且可应用性不高。
而地面三维激光扫描技术可以对文物信息进行高精度数据采集，然后依照采集后“点云”的数据属性进行后期处理，最终获得结构完整的、数据精度高的文物三维信息，这些信息基本论文导读：
包含了被测绘文物所有特征信息。

3.2 文物的虚拟修复

多数文物在被发现时或在保存过程中容易出现残缺等问题，地面三维激光扫描技术可以为文物构建逼真的三维空间模型。利用该模型，相关文物专家可以依照模型结构和数学分析手段等对文物在计算机端进行修复，这种修复方式可以在不损坏文物的前提下为文物修复专家提供多种修复效果供其选择和分析，对于文物保护具有非常实用的价值。
以敦煌莫高窟为例，在莫高窟的多个图像采集点使用三维激光扫描仪对其进行扫描获得点云数据，对这些点云数据进行噪声消除等处理去除数据采集过程中出现的曲面变形、图像噪声等，然后按照设定的模型对点云数据进行三角化处理、模型对齐和拼接化处理等实现三维模型的建立。与此同时对照片中的颜色进行校正后在模型中添加颜色信息、纹理信息、材质信息等构成最终的三维扫描模型。该模型可用于指导相关文物专家开展文物跟踪、保护以及修复等工作。

3.3 文物的监测

经过测绘后的文物会生成存留信息，利用该信息可以对文物进行检测与管理。对已经完成测绘工作的文物等一方面可以利用存留信息对文物保护效果进行跟踪和评估，进而根据评估效果确定和完善文物保护方案等；另一方面，利用存留信息可以对文物的状态进行分析，便于及时发现和修复文物可能发生的潜在问题等。
参考文献：
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