基于激光雷达测量技术的古建筑三维建模与结构分析

§10.5　基于激光雷达测量技术的古建筑三维建模与结构分析

10.5.1　规则古建筑三维建模与结构分析

规则古建筑三维重建，不是简单地评价建模效果的美观程度，更重要的是精确采集并再现其真实的空间尺度信息。采用激光雷达测量技术对古建筑进行中远距离的外围环绕扫描，结合近距离内部细节重点扫描，然后把这些数据精确地拼接到统一的坐标系中。高精度的激光点云数据能真实反映古建筑的外观和结构尺寸，借助相关建模软件，以激光点云数据和配准后的数码影像为基础进行精细化三维建模，最终通过纹理渲染和纹理映射，即可以在计算机中真实还原古建筑原貌。

图10-3显示了采用Riegl LMS-Z420i型地面激光扫描仪采集得到的山海关澄海楼古建筑三维数据成果。整个外围扫描共设八个站点，仅用3个小时的扫描作业即采集完成该建筑轮廓的高精度激光数据，这也充分体现了激光雷达非接触式精确扫描测量的优势。

图10-3　山海关澄海楼高精度点云样图

表10-1为这次扫描采集内外业工作的详细说明。

表10-1　　地面激光扫描工作内容及详细说明表

对澄海楼激光点云数据进行剖面切割，可以生成一楼的结构平面图。不仅可以进行尺寸的量度，还可以作为CAD图纸制图输出，如图10-4、图10-5所示。

图10-4　澄海楼一楼结构点云剖面图

图10-5　澄海楼局部细节放大激光数据示意图

如图10-6所示，基于高密度、高精度的激光点云数据，在建模软件平台支持下进行精细化三维建模，配合同步采集的影像数据进行纹理映射，经三维渲染后即可以得到逼真的三维可视化模型成果。如图10-7所示。

图10-6　基于激光点云的三维建模

图10-7　经纹理映射后的澄海楼三维效果样图

10.5.2　不规则文物遗迹的三维逆向建模

图10-8为对云岗石窟某不规则面进行扫描获取的成果样图。由于作业范围小、可以通视，因此在作业时采用公共反射体方式，一共摆设三个测站，只用半个多小时即完成数据采集工作。在内业，通过以公共反射体为参考对点云数据进行拼接，然后建立精细三维模型。

图10-8　选公共同名点进行纹理平差映射

图10-9为采用地面激光扫描仪对北京某一石质水兽古迹进行激光扫描，经后期处理后得到带精确纹理的真实三维模型样图。左边为三角格网模型，右边为经纹理映射后制作生成的模型。

图10-9　北京某一石质水兽古迹三维模型样图