一(yī)、背景
二(èr)十(shí)一(yī)世紀以(yǐ)来(lái)，随着曆史文(wén)化(huà)保護需求的(de)迅速增长(cháng)，高(gāo)效便捷的(de)數字(zì)化(huà)測绘技術(shù)逐漸進(jìn)入(rù)各(gè)國(guó)曆史文(wén)化(huà)遺産保護者(zhě)的(de)视野，在(zài)衆多(duō)曆史文(wén)化(huà)遺産保護項目中(zhōng)发挥着越来(lái)越大(dà)的(de)作(zuò)用(yòng)，其(qí)中(zhōng)應(yìng)用(yòng)最(zuì)廣的(de)当數三(sān)維激光(guāng)掃描技術(shù)。故宮博物(wù)院利用(yòng)三(sān)維激光(guāng)掃描技術(shù)对(duì)太和(hé)殿等國(guó)寶(bǎo)古建築進(jìn)行全面(miàn)測绘，为(wèi)文(wén)物(wù)修繕工程提(tí)供了(le)详實(shí)的(de)現(xiàn)狀信(xìn)息；甘肅敦煌研究院以(yǐ)三(sān)維激光(guāng)掃描技術(shù)結合全景照相技術(shù)对(duì)敦煌石(dàn)窟進(jìn)行了(le)精细(xì)測绘與(yǔ)三(sān)維重(zhòng)建，建立了(le)讓世界惊豔的(de)數字(zì)敦煌博物(wù)館(guǎn)；法(fǎ)國(guó)巴黎聖母院的(de)大(dà)火(huǒ)震惊全球，但不(bù)幸中(zhōng)之(zhī)万(wàn)幸，教堂在(zài)焚毀前(qián)曾做过(guò)全面(miàn)的(de)三(sān)維激光(guāng)掃描，建立了(le)完整的(de)建築數字(zì)模型，为(wèi)教堂的(de)重(zhòng)建提(tí)供了(le)不(bù)可(kě)替代(dài)的(de)數據(jù)支撐。
二(èr)、什(shén)么是(shì)三(sān)維激光(guāng)掃描？
簡單说(shuō)来(lái)，对(duì)建築進(jìn)行三(sān)維激光(guāng)掃描就(jiù)像是(shì)为(wèi)建築拍X光(guāng)片(piàn)，把(bǎ)建築的(de)現(xiàn)狀完整記(jì)录(lù)下(xià)来(lái)，为(wèi)管(guǎn)理(lǐ)者(zhě)、建築师(shī)等提(tí)供精确的(de)建築現(xiàn)狀档案(àn)。
三(sān)、三(sān)維激光(guāng)掃描的(de)原理(lǐ)
三(sān)維激光(guāng)掃描的(de)技術(shù)原理(lǐ)是(shì)通(tòng)过(guò)三(sān)維激光(guāng)掃描儀向各(gè)个(gè)方(fāng)向发射出(chū)激光(guāng)，激光(guāng)遇到(dào)障礙物(wù)（如(rú)建築的(de)牆(qiáng)體(tǐ)、地面(miàn)、天(tiān)花等）之(zhī)後(hòu)反(fǎn)射回掃描儀，掃描儀通(tòng)过(guò)計(jì)算激光(guāng)反(fǎn)射的(de)时(shí)間(jiān)即可(kě)獲得掃描儀與(yǔ)障礙物(wù)之(zhī)間(jiān)的(de)距離，從而(ér)獲得所(suǒ)在(zài)空(kōng)間(jiān)
三(sān)維激光(guāng)掃描采集回来(lái)的(de)點(diǎn)雲(yún)是(shì)分(fēn)散(sàn)的(de)一(yī)个(gè)个(gè)空(kōng)間(jiān)模型，再利用(yòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行坐标(biāo)系(xì)轉(zhuǎn)換、拼接、降噪、誤差修正(zhèng)等一(yī)系(xì)列數據(jù)處(chù)理(lǐ)工序，便可(kě)得到(dào)一(yī)个(gè)完整的(de)建築三(sān)維點(diǎn)雲(yún)模型。
四(sì)、三(sān)維激光(guāng)測量的(de)曆史发展(zhǎn)
“全站儀測量是(shì)20世紀80年(nián)代(dài)的(de)技術(shù)，GPS測量是(shì)90年(nián)代(dài)的(de)技術(shù)，而(ér)三(sān)維激光(guāng)測量是(shì)21世紀的(de)技術(shù)。
五(wǔ)、三(sān)維激光(guāng)測量的(de)應(yìng)用(yòng)領域
三(sān)維激光(guāng)測绘技術(shù)的(de)應(yìng)用(yòng)領域十(shí)分(fēn)廣泛，涵蓋地形測量、路(lù)桥測量、建築測量、設備測量、管(guǎn)線(xiàn)測量、文(wén)物(wù)測量等，大(dà)到(dào)山(shān)川地勢、小至(zhì)鍋(guō)碗(wǎn)瓢盆，均可(kě)以(yǐ)一(yī)一(yī)記(jì)录(lù)。
三(sān)維激光(guāng)掃描技術(shù)相对(duì)于(yú)傳統的(de)人(rén)工測绘與(yǔ)基于(yú)全站儀、測距儀等的(de)早(zǎo)期(qī)數字(zì)化(huà)測绘技術(shù)具有(yǒu)不(bù)可(kě)比拟的(de)優勢，具體(tǐ)包(bāo)括以(yǐ)下(xià)三(sān)方(fāng)面(miàn)：
1、優勢一(yī)：數據(jù)更(gèng)精确
曆史建築多(duō)为(wèi)修建于(yú)明(míng)清(qīng)或(huò)民(mín)國(guó)时(shí)期(qī)的(de)磚(zhuān)木(mù)、磚(zhuān)混建築，年(nián)代(dài)久遠(yuǎn)，使用(yòng)时(shí)間(jiān)較长(cháng)，多(duō)存在(zài)結構变形或(huò)構件(jiàn)殘損的(de)情(qíng)況，曆史建築的(de)測绘档案(àn)應(yìng)該真(zhēn)實(shí)記(jì)录(lù)建築的(de)“不(bù)完美(měi)”現(xiàn)狀。
傳統人(rén)工測量：完全依賴于(yú)人(rén)工現(xiàn)场(chǎng)操作(zuò)與(yǔ)肉(ròu)眼(yǎn)判斷，數據(jù)精确度(dù)難以(yǐ)保證，且(qiě)無法(fǎ)直(zhí)觀測量建築的(de)三(sān)維变形，在(zài)绘制建築測绘图(tú)时(shí)容易出(chū)現(xiàn)“人(rén)为(wèi)修正(zhèng)”的(de)現(xiàn)象(xiàng)，掩蓋了(le)建築現(xiàn)存的(de)隐患與(yǔ)維護需求，不(bù)利于(yú)曆史建築的(de)保護。
三(sān)維激光(guāng)掃描：三(sān)維激光(guāng)掃描的(de)點(diǎn)雲(yún)數據(jù)精度(dù)可(kě)达(dá)到(dào)毫(háo)米(mǐ)級，曆史建築的(de)各(gè)種(zhǒng)微小形变均可(kě)精确記(jì)录(lù)，測绘成(chéng)果(guǒ)更(gèng)真(zhēn)實(shí)可(kě)信(xìn)。
2、優勢二(èr)：档案(àn)更(gèng)完整
曆史建築是(shì)傳統風(fēng)貌的(de)重(zhòng)要(yào)代(dài)表，具有(yǒu)豐富的(de)結構形式及(jí)裝(zhuāng)饰细(xì)节(jié)，建築空(kōng)間(jiān)及(jí)構件(jiàn)尺(chǐ)寸等信(xìn)息繁多(duō)。
傳統人(rén)工測量與(yǔ)全站儀測量：每次(cì)只(zhī)能(néng)量取一(yī)處(chù)構件(jiàn)或(huò)一(yī)个(gè)空(kōng)間(jiān)方(fāng)向的(de)尺(chǐ)寸信(xìn)息，由于(yú)曆史建築细(xì)节(jié)衆多(duō)，難免出(chū)現(xiàn)漏測，不(bù)利于(yú)後(hòu)續的(de)建築图(tú)紙(zhǐ)绘制及(jí)工程方(fāng)案(àn)實(shí)施。
三(sān)維激光(guāng)掃描：只(zhī)需合理(lǐ)設置現(xiàn)场(chǎng)掃描站點(diǎn)、避免遮擋，即可(kě)一(yī)次(cì)性(xìng)完整采集建築物(wù)室(shì)內(nèi)外空(kōng)間(jiān)尺(chǐ)寸信(xìn)息（所(suǒ)見(jiàn)即所(suǒ)得），滿足曆史建築測绘档案(àn)的(de)完整性(xìng)要(yào)求，減少(shǎo)重(zhòng)複測绘。
3、優勢三(sān)：采集更(gèng)高(gāo)效
曆史建築多(duō)为(wèi)使用(yòng)中(zhōng)的(de)祠廟、民(mín)居、文(wén)教建築、工商業建築等，測绘工作(zuò)應(yìng)盡量減少(shǎo)对(duì)建築使用(yòng)活動(dòng)的(de)干(gàn)扰。
傳統人(rén)工測量：一(yī)般需現(xiàn)场(chǎng)工作(zuò)1-2天(tiān)，且(qiě)作(zuò)業人(rén)員在(zài)建築內(nèi)外頻繁走(zǒu)動(dòng)，在(zài)一(yī)定(dìng)程度(dù)上(shàng)影响居民(mín)群(qún)衆的(de)正(zhèng)常生(shēng)活生(shēng)産。
三(sān)維激光(guāng)掃描：三(sān)維激光(guāng)掃描技術(shù)具有(yǒu)自(zì)動(dòng)化(huà)、非(fēi)接觸式的(de)特(tè)點(diǎn)，2-3分(fēn)钟即可(kě)完成(chéng)單站數據(jù)的(de)采集，0.5-1天(tiān)即可(kě)完成(chéng)一(yī)座傳統民(mín)居的(de)現(xiàn)场(chǎng)測量，工作(zuò)效率提(tí)升(shēng)50%以(yǐ)上(shàng)，大(dà)大(dà)降低(dī)了(le)对(duì)建築使用(yòng)的(de)干(gàn)扰。此(cǐ)外，三(sān)維激光(guāng)掃描的(de)方(fāng)式不(bù)需要(yào)搭建腳(jiǎo)手(shǒu)架即可(kě)輕(qīng)松完成(chéng)高(gāo)處(chù)與(yǔ)危險結構的(de)測量，适應(yìng)各(gè)種(zhǒng)現(xiàn)场(chǎng)作(zuò)業条(tiáo)件(jiàn)，能(néng)較好(hǎo)應(yìng)对(duì)不(bù)同(tóng)环(huán)境条(tiáo)件(jiàn)情(qíng)況下(xià)的(de)曆史建築測绘任务。
六(liù)、三(sān)維激光(guāng)測绘成(chéng)果(guǒ)可(kě)以(yǐ)怎么用(yòng)？
在(zài)曆史建築數字(zì)化(huà)保護工作(zuò)中(zhōng)，我(wǒ)们(men)将三(sān)維激光(guāng)掃描收(shōu)集的(de)曆史建築現(xiàn)狀數據(jù)經(jīng)过(guò)計(jì)算機(jī)處(chù)理(lǐ)，轉(zhuǎn)化(huà)成(chéng)建築图(tú)紙(zhǐ)、三(sān)維點(diǎn)雲(yún)模型等，为(wèi)曆史建築的(de)档案(àn)建設、日(rì)常維護、建築修繕、活化(huà)設計(jì)、展(zhǎn)示宣傳等提(tí)供全面(miàn)而(ér)準确的(de)數據(jù)支撐。
1：應(yìng)用(yòng)于(yú)档案(àn)建設
三(sān)維激光(guāng)測绘技術(shù)實(shí)現(xiàn)了(le)曆史建築三(sān)維空(kōng)間(jiān)信(xìn)息的(de)完整記(jì)录(lù)，这(zhè)是(shì)僅靠基礎信(xìn)息表與(yǔ)二(èr)維的(de)現(xiàn)狀照片(piàn)、建築图(tú)紙(zhǐ)等图(tú)像資料無法(fǎ)實(shí)現(xiàn)的(de)，基礎信(xìn)息表、二(èr)維图(tú)像與(yǔ)三(sān)維點(diǎn)雲(yún)模型共同(tóng)構成(chéng)了(le)曆史建築的(de)多(duō)維信(xìn)息档案(àn)，突破了(le)傳統档案(àn)的(de)二(èr)維界限，对(duì)曆史建築現(xiàn)狀信(xìn)息的(de)記(jì)录(lù)更(gèng)完整、更(gèng)精确。此(cǐ)外，建档工作(zuò)者(zhě)可(kě)從三(sān)維點(diǎn)雲(yún)模型上(shàng)輕(qīng)松判读(dú)出(chū)曆史建築的(de)建築形制、結構、價值要(yào)素分(fēn)布(bù)情(qíng)況、保存情(qíng)況等信(xìn)息，輔助基礎信(xìn)息表、建築图(tú)紙(zhǐ)等其(qí)他(tā)曆史建築档案(àn)資料的(de)制作(zuò)與(yǔ)整理(lǐ)。
2：應(yìng)用(yòng)于(yú)管(guǎn)理(lǐ)監
三(sān)維激光(guāng)測绘的(de)數據(jù)可(kě)作(zuò)为(wèi)曆史建築日(rì)常管(guǎn)理(lǐ)監督的(de)工作(zuò)依據(jù)。在(zài)日(rì)常管(guǎn)理(lǐ)中(zhōng)，若发現(xiàn)曆史建築有(yǒu)違規加改建嫌疑，可(kě)調取其(qí)三(sān)維點(diǎn)雲(yún)模型與(yǔ)現(xiàn)狀照片(piàn)進(jìn)行比对(duì)，即可(kě)快(kuài)速判斷建築現(xiàn)狀是(shì)否與(yǔ)建档时(shí)相符，避免出(chū)現(xiàn)因(yīn)档案(àn)照片(piàn)不(bù)全或(huò)图(tú)紙(zhǐ)档案(àn)未記(jì)录(lù)等原因(yīn)造成(chéng)的(de)誤判，大(dà)大(dà)提(tí)升(shēng)曆史建築的(de)監管(guǎn)工作(zuò)效率與(yǔ)準确性(xìng)
3：應(yìng)用(yòng)于(yú)建築修繕與(yǔ)活化(huà)
以(yǐ)三(sān)維點(diǎn)雲(yún)模型为(wèi)基礎可(kě)绘制曆史建築的(de)高(gāo)精度(dù)測绘图(tú)紙(zhǐ)，清(qīng)晰表达(dá)建築的(de)價值特(tè)征、空(kōng)間(jiān)尺(chǐ)寸、結構形变、殘損情(qíng)況等，作(zuò)为(wèi)建築修繕維護工程與(yǔ)活化(huà)改造方(fāng)案(àn)的(de)設計(jì)基礎
基于(yú)高(gāo)精度(dù)點(diǎn)雲(yún)數據(jù)的(de)建築測绘图(tú)準确記(jì)录(lù)複雜的(de)建築改建情(qíng)況，为(wèi)建築修繕提(tí)供可(kě)靠基礎資料
4：應(yìng)用(yòng)于(yú)展(zhǎn)示宣傳
三(sān)維點(diǎn)雲(yún)數據(jù)可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)裁剪、抽稀等一(yī)系(xì)列可(kě)视化(huà)數據(jù)處(chù)理(lǐ)，制作(zuò)成(chéng)可(kě)视化(huà)的(de)三(sān)維點(diǎn)雲(yún)模型，結合三(sān)維點(diǎn)雲(yún)在(zài)線(xiàn)浏覽技術(shù)，實(shí)現(xiàn)曆史建築點(diǎn)雲(yún)模型的(de)在(zài)線(xiàn)互動(dòng)展(zhǎn)示，開(kāi)拓曆史建築數字(zì)化(huà)宣傳展(zhǎn)示的(de)新(xīn)方(fāng)向。珠(zhū)海(hǎi)是(shì)曆史建築數字(zì)化(huà)展(zhǎn)示的(de)先(xiān)行者(zhě)之(zhī)一(yī)，後(hòu)續我(wǒ)们(men)将推出(chū)珠(zhū)海(hǎi)曆史建築電(diàn)子手(shǒu)绘地图(tú)，引領读(dú)者(zhě)们(men)親自(zì)體(tǐ)验(yàn)一(yī)番(fān)有(yǒu)如(rú)带着透视眼(yǎn)鏡(jìng)看(kàn)建築的(de)奇妙之(zhī)旅。
三(sān)維激光(guāng)掃描與(yǔ)點(diǎn)雲(yún)數據(jù)處(chù)理(lǐ)技術(shù)在(zài)曆史文(wén)化(huà)遺産保護領域的(de)應(yìng)用(yòng)具有(yǒu)巨大(dà)的(de)潛力，等待遺産保護者(zhě)们(men)進(jìn)一(yī)步探索发掘。随着互聯网(wǎng)與(yǔ)數字(zì)技術(shù)的(de)发展(zhǎn)，數字(zì)化(huà)測绘技術(shù)也(yě)在(zài)不(bù)斷更(gèng)新(xīn)叠代(dài)，讓我(wǒ)们(men)期(qī)待數字(zì)化(huà)測绘技術(shù)在(zài)不(bù)久的(de)将来(lái)能(néng)有(yǒu)更(gèng)亮(liàng)眼(yǎn)的(de)表現(xiàn)。