古塔數據采集預處理特征值提取與建模

蔣寰華 袁 淼 李昊楠 王宇熙

（遼寧傳媒學院，遼寧 沈陽 110136）

0 引言

古塔在中國歷史中具有重要地位，古塔文化是中華文化中的一頁［1］。古塔是古塔文化的重要組成部分。測繪古塔既要用到測繪技術，又要用到地理信息技術。對傳統民族文化進行保護是具有重要應用價值和學術價值的工作。而把各地古塔測繪數據存入同一個大數據庫可滿足古塔的測繪、研究和開發的需求。各地區、各部門的聯合使測繪后的古塔大數據技術得到更廣泛的應用。地理信息系統和大數據組合技術將不同地區測繪后的古塔數據庫統進行融合。大數據技術是實現古塔資源全面連通的信息技術［2］。大數據技術的應用有助于文化遺產進行更高水平的傳承，大數據技術的開發有助于文化遺產的傳播，三維激光掃描與成像技術促進大數據技術的發展［3-5］。測繪后的三維激光掃描數據分布在各處，相關數據庫也分布在各處。對古塔歷史文化遺跡進行多方位的瀏覽，才能對古塔的認知達到更高水準［6-7］。本研究針對不同激光掃描數據庫如何統一的問題，對測繪方案進行梳理，對測繪方案的實現過程進行匯總，對測繪方案進行總結，并對激光測繪的未來發展方向進行探討。

1 古塔數據采集方案

1.1 古塔數據采集工作

先對古塔進行詳細調研。本研究對前期文化傳承保護工作進行總結，并提出下一步工作計劃，組織創新新媒體大賽策劃案和交互項目比賽。其中，在比賽項目中開展三項“古塔數字化在大數據中的展示”的小題目。在技術創新方面，進行測繪研究，采用一點測繪的方式，形成古塔數字測繪點。采用數字化古塔技術來構建古塔模型。使用大數據技術將分布在各地的古塔連成一片，互相補充，互相聯系。加強對古塔的研究，在科研項目上重視古塔研究，從測繪研究、數字化古塔技術、大數據技術三個方面來研究古塔。由于測繪古塔采用三維激光掃描技術進行精確測量，并數字化重建模型，從而對古塔互聯網+三維動漫建模有了進一步的研究。

將獲取的三維激光掃描測量數據用來組成云數據圖。用地理信息系統對古塔數據進行全方位采集，對古塔進行數據采集時要變換視點。第一級視點是地面平面圖，從古塔的最高點掃描到地面的各個延伸點，從而獲取古塔網點圖。這里采用分塊分點掃描古塔數據，古塔塔頂為一塊，古塔塔身為一塊，古塔塔座為一塊。將掃描后的三部分分點進行匯集，從而形成各自特點。接下來是匯總，按照三點對一點、三點匯一點的原則進行匯總，即一個視點是由三個控制點對接而來的。以此類推，分別對各地的古塔進行測繪。一些常見的古塔圖片見圖1。

1.2 古塔的技術定位

古塔數據庫分散在全國各處，且數據格式各不相同。數據整理分析是對古塔數據庫進行查詢與分析。通過查詢古塔的自然狀況與技術特點，從而實現對古塔的定位。分析是指分析古塔的程序設計方法，即分析古塔的算法。分散的用戶通過連接（分為軟件連接和硬件連接）對所在的古塔數據庫進行加工，還可進行部分編程。

1.3 古塔數據庫的目標

數據安全是訪問古塔地理信息系統數據庫的關鍵，訪問時要密切注意數據安全。古塔數據想安全通過系統，就要保證古塔數據不能失真，失真傳輸的數據為非法數據。傳輸數據是古塔地理信息系統研究的重點。準確傳遞數據信息，使數據信息不改變，這就是古塔地理信息系統數據庫的技術目標。

2 古塔的數據預處理

2.1 古塔系統數據流

古塔數據庫是流動的，數據以流動的方式運行。這種運行方式必然會涉及數據流，其中部分或全部數據并非存儲在磁盤或內存中，而是以多個連續數據流的形式不斷到達，即數據是流動的。其與傳統的存儲關系模型不同之處在于數據是流動的。

2.2 古塔數據特征值的動態預處理

對古塔兩個不同點集的數據進行特征值變換，見式（1）。

式中：λ為任意量，說明不同點集的古塔數據類型是不同的；α為古塔不同點集數據庫需要傳遞的數據，其在類型上一致。尤其是三維動漫數據，更要使其在大數據條件下能正常傳遞、運行。

圖1 古塔

要先確定數據類型。在數據類型確定后，找出特征值的非零解，即兩個古塔的數據可聯通、傳遞。

（λE-A）x=0就是確定的非零解。有了非零解，即傳遞條件成立，從而進行動漫建模。

3 古塔特征值提取

3.1 古塔的特征值

古塔數據相同特征值的計算公式見式（2）。

因特征值相同|A|=|B|、r（A）=r（B），A和B是兩個不同位置的古塔。r為經過數字化處理得到的三維動漫數據，是可以進行三維建模的動漫數據。由r（A）=r（B）得出具備傳遞的三維動漫建模數據。

兩個不同位置的古塔數據經過計算，二者的特征值相同，從而能準確傳遞數據，且在傳遞過程中數據還不會失真。特征值相同是古塔數字化的數學基礎，也是古塔數字化的技術源泉。特征值相同還是古塔數字化的大數據技術發展的關鍵。見式（3）。

式中：P-1為三維動漫傳遞的基礎；P為三維動漫傳遞的條件。P-1AP=B意味著A地的古塔數據能正確地傳遞到B地。

分布在各地的古塔如果能連在一起，那就意味著正交相似。正交相似就能解決一切問題，數字化傳遞不會受影響。只要數據節點是正交相似，各項數字化技術都能在這里開展。

古塔的三維激光掃描與成像技術是現代化遙感測繪技術，古塔地理信息系統技術是現代化遙感測繪與地理信息技術，而古塔測繪使古塔的文化傳播達到一個更高的水平。

大數據技術作為新一代數據庫技術，將大數據技術應用于古塔的數字化處理，使測繪后的古塔連成一片。利用古塔地理信息系統對各數據庫進行數據共享、數據挖掘、數據安全，使用大數據技術對不同的古塔數據庫進行統一，并開發出數字化古塔綜合信息處理平臺系統。用大數據技術來解決不同數據庫的統一訪問是一個行之有效的技術措施。

正是由于古塔具有地理位置的分布性、資源的不同性、局部的特殊性，以及古塔大數據鏈接的流動性等特點，使古塔大數據得到了最好的應用，為如何解決古塔三維動漫建模數據的傳遞提供新的方法。古塔地理信息系統為古塔內的信息連接問題提供了一個好的解決辦法，從而使古塔動漫建模數據庫的連接技術問題得到解決。

3.2 古塔特征動漫建模技術分析與定位

三維動漫建模技術對古塔三維動漫技術有很大的影響，古塔動漫建模是三維動漫技術的應用，要深入研究古塔三維動漫技術。古塔分布在各地，對古塔的研究會推動三維動漫技術的發展。三維動漫博物館開發正在進行，對古塔進行研究，是三維動漫博物館項目的開發熱點，古塔動漫建模必將成為古塔三維動漫博物館的核心。在考古方面，由于古塔本身就是三維動漫博物館考古項目。研究古塔能推動三維動漫博物館技術上的突破，在古塔三維動漫博物館的技術保護上也有研究。而古塔三維動漫博物館的三維技術在新傳媒技術上有方向，古塔動漫建模是三維動漫博物館新技術的創新。

4 古塔立體模型

4.1 古塔三維動漫建模與古塔三維動漫博物館

古塔動漫建模是三維動漫博物館宣傳的方向。數字媒體在三維動漫博物館建設中大顯身手。運用專業特長，發揮創新點，發揚創新點。創新技術是數字媒體三維動漫博物館。三維動漫博物館是前進中的項目，已經建成的和正在建設的項目正在開發。

4.2 古塔三維動漫建模與古塔三維動漫博物館定位

由于古塔具有地理位置的分布性、資源的不同性、局部的特殊性，以及古塔大數據鏈接的流動性等特點，使古塔大數據得到最好的應用。在籌建和建設中的三維動漫博物館中積極推廣古塔三維動漫技術，使其貫穿整個動漫博物館展廳。各展廳要突出三維動漫的特點，使用VR動漫技術實現建模和場景。在場景中展現真實的古塔，在選址中完成古塔技術的集合。博物館是三維動漫技術的集成大作。

5 結語

對古塔數據的采集、預處理、特征值提取建模是古塔數字化全過程。古塔數字化是對古塔民族文化的傳承與保護。民族文化的傳承與保護是弘揚中華文化、愛我中華、愛我民族文化的重要組成部分。本研究的成果具有重要的使用價值和應用前景。

古塔的測繪、維修和數字化再現是重要的維護手段。古塔的數據采集預處理特征值提取建模是技術實現過程，每一步都有使用價值。其能實現美好生活的愿望，從而使古建筑獲得新生。

確定古塔的實現技術、確定古塔技術人員和技術崗位。這里要確定的是大數據技術和大數據技術人員、數據維護和數據保護技術人員、數字化博物館技術崗位工作人員、博物館的解說人員、博物館的保衛人員和博物館的管理人員等；確定博物館設計與學科設計，確定學科設計與學科發展之間的關系。博物館要建軍事文化館，要建古塔啟動、建筑和發展過程館，還要建技術實現館、建動漫設計館；確定數據還原與數據實現。確定數字化的核心技術，即大數據技術和大數據人才。將各地古塔數據統一為一個大數據庫。由地理信息系統組合的大數據技術，把整個古塔數據庫整合起來，從而實現古塔資源的全面連通。技術和資源聯盟是地理信息系統組合的大數據繪后成像技術的結果；確定博物館的選址。選址要反映出古塔的全貌，即地形地貌、水文知識、風土人情。

由于古塔分布廣泛，有部分古塔的原始資料還沒有收集到。國內有些研究成果起步時間較早，但很分散。古塔的數字化是研究方向，數字化博物館更是重中之重。數字化VR博物館是希望。

未來，尋找古塔數字博物館的VR技術實現方法，精選VR技術人員，確立VR技術崗位。古塔VR數字博物館的崗位是VR數字化技術人員、博物館VR專業技術員、博物館VR文字解說人員、VR博物館治安保衛人員、VR博物館行政管理人員等崗位。研究VR新學科設計與博物館設計，研究VR學科發展與學科設計之間的層次。VR軍事文化館、古塔啟動，VR建筑和發展過程館、技術技能實現館、建動漫設計館組成了古塔VR軍事文化數字博物館。

研究數據還原與數據實現。研究數字化的核心技術，即VR大數據技術和VR大數據人才。由地理信息系統組合的大數據技術能把各地遙感測繪后古塔數據庫整合起來，實現對古塔資源的全面連通。VR技術和資源聯盟是地理信息系統組合的VR大數據繪后成像技術的結果。

研究VR博物館的選址。古塔的全貌反映的是選址主要求，包括地形地貌的選址、水文知識的選址、風土人情的選址。

從理論上講，古塔VR數字化博物館建設具有重要的現實意義。從數字化和數字媒體上進一步展示古塔VR數字化博物館的建設，運用數字化最新成果來傳承古塔VR數字化博物館的建設。