三維激光雷達(dá)掃描技術(shù)在古建筑測(cè)量與建模中的應(yīng)用

中國是文明古國，有著源遠(yuǎn)流長的文化歷史，也留下了無數(shù)物質(zhì)遺產(chǎn)，其中就包括眾多歷史建筑，包括故宮等。對(duì)于這些古建筑，想要保護(hù)修繕?biāo)鼈儾⒉蝗菀?，既不能破壞古建筑的文物價(jià)值，又要對(duì)其進(jìn)行修繕，單單就是古建筑精密測(cè)量與建模、文物保護(hù)的數(shù)字化檔案存儲(chǔ)和可視化建模展示等就是個(gè)大難題。而這些難題隨著科技的日益發(fā)展，已經(jīng)可以得到有效的解決，這里面就少不了運(yùn)用激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)用于古建筑精密測(cè)量與建模，屬于測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)精密測(cè)量領(lǐng)域。利用這一技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)文物保護(hù)的數(shù)字化檔案存儲(chǔ)和可視化建模展示，社會(huì)效益深遠(yuǎn)。利用三維激光雷達(dá)掃描技術(shù)定期對(duì)重點(diǎn)建筑物進(jìn)行定期觀測(cè)，可以研究古建筑物的變形情況；運(yùn)用貼好紋理的模型制作虛擬建筑群，讓普通人足不出戶就可以進(jìn)入虛擬空間游覽著名古建筑……

傳統(tǒng)方法之一是利用鋼尺和水準(zhǔn)儀量取建筑的平面、立面或剖面的特征點(diǎn)的位置和相應(yīng)特征線的距離，進(jìn)而繪出線性特征圖；比較先進(jìn)些的方法主要是運(yùn)用GPS、全站儀或者是測(cè)量機(jī)器人等儀器量測(cè)來獲取特征點(diǎn)和特征線；還有一種方法是采用近景攝影測(cè)量的方法，運(yùn)用攝影測(cè)量的原理來獲取物方點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而提取建筑物的線性特征。這些方法在實(shí)際應(yīng)用中都各有優(yōu)缺點(diǎn)。

前兩種方法運(yùn)用的工具比較容易獲取，但獲取的建筑物的立面信息比較少，不能很好的表達(dá)古建筑立面、平面、剖面的復(fù)雜特征，并且耗費(fèi)的時(shí)間較長。后一種方法的特點(diǎn)是建筑物立面信息獲取比較豐富，但該方法需要用專用的量測(cè)相機(jī)，并且受到現(xiàn)場的客觀條件的限制，而且還會(huì)出現(xiàn)樹木遮擋之類的問題。

傳統(tǒng)的記錄古建筑內(nèi)部大木結(jié)構(gòu)的方法，是用拍照和拉皮尺進(jìn)行量測(cè)和記錄。但是一般古建筑的大木結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用傳統(tǒng)方法獲得大木結(jié)構(gòu)的實(shí)體曲面模型是一件相當(dāng)困難和耗時(shí)的工作。

而運(yùn)用三維激光雷達(dá)掃描技術(shù)，能夠在很大程度上輕松解決這些技術(shù)難點(diǎn)。激光掃描儀通過運(yùn)用激光束從被發(fā)射到激光束到達(dá)被測(cè)物體再被反射回掃描儀的時(shí)間差，得到掃描儀到被測(cè)物體的距離，再運(yùn)用連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的用來反射脈沖激光的鏡子的角度值得到被測(cè)物體的三維坐標(biāo)。然后利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和相應(yīng)的建模軟件制作出三角網(wǎng)模型和Nurbs模型，最后利用這兩種模型來提取古建筑的線性特征。用三角網(wǎng)模型制作立面圖；用三角網(wǎng)模型和Nurbs模型來制作平面圖和剖面圖。

利用激光雷達(dá)技術(shù)提取古建筑的線性特征所運(yùn)用的是逆向工程的理論?，F(xiàn)有的建筑測(cè)繪是應(yīng)用常用的測(cè)繪儀器（如測(cè)量機(jī)器人、全站儀等）正向地提取現(xiàn)有建筑物的特征點(diǎn)，然后畫出建筑物的線性特征；而激光雷達(dá)掃描技術(shù)是通過非接觸式掃描來快速、高密度、高精度地獲取建筑物表面的三維數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用點(diǎn)云模型來建立建筑物的實(shí)體模型，是在得到建筑物整體模型的前提下來描繪或者剖取建筑物的線性特征，與其它方法相比是逆向的過程。

激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取了建筑物表面每一點(diǎn)的三維坐標(biāo)，所以提取的線性特征上的每一點(diǎn)也具有真實(shí)的三維坐標(biāo)，這是目前現(xiàn)有的所有方法所不能相比的。這些特性使得三維激光掃描技術(shù)在古建筑的維護(hù)和重建方面擁有了寬廣的應(yīng)用前景。