基于三維激光掃描技術(shù)的古文物修復(fù)研究

余培永 楊松勇 江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院

基于三維激光掃描技術(shù)的古文物修復(fù)研究

余培永 楊松勇 江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院

本文基于三維激光掃描技術(shù)，對古文物——以龜角尾為例進(jìn)行修復(fù)工作。在制定完整、詳細(xì)、可操作的工藝流程基礎(chǔ)上，具體開展了從獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)去噪配準(zhǔn)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡、建立三維模型、三維模型修復(fù)等方面的系列技術(shù)研究。本文的研究與工作，為進(jìn)一步修復(fù)古文物提供了實(shí)例方法。

三維激光掃描技術(shù) 古文物 龜角尾 點(diǎn)云數(shù)據(jù) 修復(fù)

三維激光掃描技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，可全天候、快速、直接、高精度的采集大范圍區(qū)域的三維信息。三維激光掃描技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。近年來，三維激光掃描技術(shù)在古文物數(shù)字化保護(hù)中的應(yīng)用備受關(guān)注，國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)開展了許多相關(guān)研究與工作。

三維激光掃描技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，可全天候、快速、直接、高精度的采集大范圍區(qū)域的三維信息。三維激光掃描技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。近年來，三維激光掃描技術(shù)在古文物數(shù)字化保護(hù)中的應(yīng)用備受關(guān)注，國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)開展了許多相關(guān)研究與工作。

1 研究意義與研究現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，三維激光掃描技術(shù)在古文物修復(fù)研究方面?zhèn)涫荜P(guān)注，世界上出現(xiàn)了許多學(xué)者對之很感興趣，隨之開展了許多相關(guān)課題與工作。

南博物院西漢“四神云氣圖”壁畫綜合保護(hù)研究項(xiàng)目，采用三維激光掃描技術(shù)，對壁畫破壞現(xiàn)狀進(jìn)行了記錄，局部記錄分辨率達(dá)到0．5mm，采用Polyworks、3Dexplore、3Dmax等軟件對所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行了后期數(shù)據(jù)分析、壁畫尺寸和局部破壞的高精度測量。

劉江濤等采用RIEGL LMS-Z420i三維激光掃描儀和高分辨率的尼康D100數(shù)碼相機(jī)獲取三星堆遺址的空間和紋理數(shù)據(jù)，建立三星堆遺址的數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)了三星堆一號祭坑的三維重建，這對遺跡的恢復(fù)以及歷史研究工作具有重大意義。

2 三維激光掃描技術(shù)在古文物修復(fù)中的優(yōu)勢

古文物修復(fù)測繪時，三維激光掃描技術(shù)具有傳統(tǒng)測量所不具有獨(dú)特優(yōu)勢：

①非接觸性。不需要接觸到物體即可確定物體的三維信息，由于有些古文物處在的地理位置比較危險，這一特點(diǎn)保證了測繪人員的人身安全并且減小了測繪時的二次破壞。

②快速。獲取數(shù)據(jù)的速度較傳統(tǒng)測量有著明顯的加快。

③詳細(xì)。獲取的數(shù)據(jù)量更大，能夠更詳細(xì)的描繪古文物的細(xì)節(jié)信息。

④全天候。主動發(fā)射激光信號，不受外界因素影響，能夠全天候工作。

⑤對測繪人員要求低。測繪人員操作更加簡單方便，數(shù)據(jù)處理更加快速，測繪速度也更快。

3 修復(fù)工作的實(shí)施

3.1 具體實(shí)施

圍繞修復(fù)龜角尾具體如何修復(fù)展開論述。主要可以分為以下幾個步驟：

①實(shí)地踏勘制定測繪方案。掃描作業(yè)之前，現(xiàn)場踏勘選好站點(diǎn)位置。

②在選定好的測站點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

③在數(shù)據(jù)處理之前運(yùn)用掃描儀配套的geomagic studio 2013進(jìn)行預(yù)處理，將一些冗余的點(diǎn)云數(shù)據(jù)去除、平滑、去噪。

④運(yùn)用geomagic studio 2013進(jìn)行配準(zhǔn)，將3站掃描的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云匹配、拼接

⑤利用geomagic studio 2013中的網(wǎng)格醫(yī)生、簡化多邊形、填補(bǔ)孔等功能對破損的模型進(jìn)行修補(bǔ)，將破損部位還原，得到逼真的三維模型。

⑥進(jìn)行紋理貼圖。

3.2 修復(fù)成果圖

修復(fù)最終結(jié)果，恢復(fù)了物體的原貌，石壁上的文字清晰可見，得到了較好的恢復(fù)效果。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，三維激光掃描技術(shù)在古文物修復(fù)方面使用效果非常好。三維激光掃描技術(shù)相比傳統(tǒng)測繪技術(shù)有著無法比擬的優(yōu)勢，具有快速、精度高等特點(diǎn)。

[1]黃颯.三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于古建筑測繪及其數(shù)據(jù)處理研究[D].河南理工大學(xué),2012

[2]劉江濤,張愛武.三維數(shù)字化技術(shù)在三星堆遺址中的應(yīng)用[J].首都師范大學(xué)學(xué)報（自然學(xué)版）,2007：68-71

[3]丁寧,王倩,陳明九.基于三維激光掃描技術(shù)的古建保護(hù)分析與展望[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報,2010,25(3):274-276

[4]周立,李明,毛晨佳.三維激光掃描技術(shù)在古建筑修繕測繪中的應(yīng)用[J].上海建設(shè)科技,2011(4):84-89

余培永（1994-），男，漢族，江西上饒人，碩士研究生，江西理工大學(xué)測繪與建筑工程學(xué)院，測繪工程。