基于数字技术的中国古建筑文化保护研究.docx

基于数字技术的中国古建筑文化保护研究 在快速发展经济、实现城市城市化和城市化的过程中，中国的大型古今建筑受到严重破坏，历史文化遗产的保护面临着严重威胁。 随着计算机及相关技术的迅猛发展,以数字近景摄影测量、三维激光扫描测量、虚拟现实等技术为基础的数字化保护与复原开始在古建筑保护中扮演重要的角色.我国古代建筑测量,常常是采用标尺、标杆手工测量,对于较高的建筑只好爬上去测量,不但不精确,而且损坏了古建筑,遇到复杂建筑,如雕塑,只好束手无策. 基于数字技术的古代建筑文化保护是将三维激光扫描技术、近景摄影测量技术、计算机图像处理技术、虚拟现实等技术进行整合,对数字化建筑构成要素进行精确分析,快速精确获取数据,建立古建筑文化保护体系,以完善古建筑文化保护的理论方法和实践,为宏观古建筑文化保护示范及决策服务. 1 数据收集 1.1 模型形态dsm 数字表面模型(Digital Surface Models)简称DSM,它是用X、Y、Z坐标来表示物体表面形态,以缩放的形式再现了物体表面形态起伏变化特征,具有形象、直观、逼真、精确等特点. 1.2 传统摄影测量方法 传统近景摄影测量工作过程如图1所示. 1.3 现代三维测量 现代三维测量工作过程如图2所示. 2 四个祠堂的数字化测量和恢复 2.1 左右像片基本粒子的预处理 (1)测定非量测数码相机的畸变参数和内方位元素.如图3所示. (2)根据已有建筑物影像数据,为近景摄影测量的立体像对寻找足够数量的绝对定向点.如图4所示. (3)通过图像处理软件对左右像片先进行增强处理,再使像片灰度化,从而使得左右像片中建筑物部位的对比度、亮度和灰度值尽量接近,便于精确识别同名点.采用图像处理软件程序,对彩色相片灰度化,并可进行一系列的增强处理.如线性增强、非线性增强、分段线性增强、均匀化增强、规定化增强等. (4)为了确定2幅像片空间相对位置的数学关系,在灰度化处理后的近景摄影像对上,采集9个或9个以上的相对定向点,通过相对定向计算,解算相对定向元素. (5)在左右像对上选择绝对定向同名点,并从数据库中选择相应于此点的三维影像数据所采用的坐标系中的坐标值. (6)在左右像对上人工采集足够密度的同名点.根据解算的相对定向参数和外方位元素,就可以用前方交会的方法来计算物体模型点坐标. (7)根据上述坐标,经过数据处理后,绘出立面图,如图5所示.然后建立其三维模型,如图6所示. 2.2 维激光扫描图像数据合并 选取湖北省黄梅县四祖寺文物——衣钵塔进行三维激光扫描测量,使用设备为:日本柯尼卡美能达非激光三维扫描仪Vivid900;加拿大Polyworks建模软件. (1)由于该文物常年暴露,表面有很多青苔,首先进行表面清理. (2)通过三维激光扫描仪扫描衣钵塔表面,表面的重复度为30%,形成点云数据,如图7所示. (3)在重复区域内提取3个或3个以上的共同特征点,利用转换公式计算转换参数,实现三维激光扫描影像数据的合并,并统一到一个坐标系中进行拼接.如图8、9所示. 3 基于快速原型的数字恢复 3.1 构造模具设计特点 薄材叠层快速成型有如下特点: (1)可直接制作纸质功能件,用作结构验证和功能测试. (2)成型速度快,精度高,运行费用低. (3)可制作尺寸较大的制件, 也可制作复杂薄壁件. (4)可以直接制作翻砂用模型, 替代传统木模. (5)可以用转移涂料技术制造铸造用金属模. (6)制作出来的原型件可翻制各种模具,如图11左侧所示. 3.2 功能件试验 光固化快速成型有如下特点: (1)可直接制作各种树脂功能件,用作结构验证和功能测试. (2)可制作比较精细的零件. (3)可制造出有透明效果的制件. (4)制作出来的原型件可快速翻制各种模具,结果如图11右侧所示. 4 信息系统的建立 4.1 .营造收复性的一般研究意见 (1)多方式自由控制的场景漫游,以进行古建筑单体、群体格局的研究. (2)对细部和装饰残缺的或已经破坏的古建筑进行复原. (3)多种历史建筑要素的比较以及综合或专项评价. (4)对营造法式技术进行深度分析. (5)对优秀的建筑建构、营造技术或法式进行分析与剖视. 4.2 分析显示系统 (1)地理信息系统,包括图形数据库、属性数据库,主要对地理信息进行采集、存储与管理,它可作为五祖寺建筑群的数据基础,它不断向古建分析系统提供数据作为分析和显示的基本信息. (2)古建保护专业信息系统,包括古建设计数据库、专业法规数据库、历史建筑元素数据库,主要担负古建复原方案的确定,给出不同的设计方案以供选择. (3)环境显示分析系统,是整个系统的一个重要核心,它首先根据地理信息系统提供的五祖寺空间数据建立虚拟环境,提供古建分析依据,然后根据这些信息,对历史建筑要素进行比较、对建筑营造法式进行专业分析,并将这