激光技術(shù)論文(2)
激光技術(shù)論文
激光技術(shù)論文篇二
激光遙感技術(shù)
摘要：的 應(yīng)用 是日前古 建筑和 歷史 街區(qū)保護(hù)的新契機(jī)。本文首先介紹了的原理和應(yīng)用現(xiàn)狀;然后重點(diǎn)闡述了基于的古建筑保護(hù)，包括：古建筑量測(cè)、古建筑三維重建和基于三維重建古建筑保護(hù)應(yīng)用;并闡述了基于激光數(shù)據(jù)的歷史街區(qū)三維重建及基于重建的歷史街區(qū)保護(hù)應(yīng)用;最后 分析 了在古建筑與歷史街區(qū)保護(hù)中的應(yīng)用前景和亟待解決的 問(wèn)題 。
關(guān)鍵詞：; 古建筑保護(hù); 歷史街區(qū)保護(hù); 三維重建
Abstract：Nowadays, the application of laser remote sensing is a great chance for protecting ancient architectures and historic districts. This paper introduces the principles and applications of laser remote sensing technology; then it focuses on the laser-based of ancient architectures: measurement, 3D reconstruction and the application of protecting ancient architectures based on 3D reconstruction; And it expounds on the laser-based 3D reconstruction of historic districts and the application of protecting and redeveloping historical districts; Finally, it analyses the prospects and problems that need urgent solution of the protection of ancient architectures and historic districts based on the laser remote sensing technology.
Key words：laser remote sensing; protection ancient architecture; historic district; 3D reconstruction
城市古建筑及歷史街區(qū)延續(xù)了城市歷史文脈，是城市根源的具體體現(xiàn)。隨著 經(jīng)濟(jì) 社會(huì) 的 發(fā)展 ，必須采取積極的手段進(jìn)行保護(hù)、利用古建筑及歷史街區(qū)。保護(hù)和利用過(guò)程需要對(duì)古建筑進(jìn)行維護(hù)、整理或修復(fù)，同時(shí)也需要保護(hù)或恢復(fù)歷史街區(qū)的空間格局與尺度。國(guó)家重大古建筑在大規(guī)模修復(fù)前要求進(jìn)行精確的測(cè)繪 工作，以取得較完備的 科學(xué) 記錄檔案，為古建筑規(guī)劃保護(hù)和修復(fù)提供第一手資料，同時(shí)也是 研究 中國(guó) 古建筑史和建筑 理論 的重要資料[1]。因而對(duì)于保護(hù)、利用古建筑及歷史街區(qū)，測(cè)繪和記錄兩者的完備資料是最為主要的。
1的介入
傳統(tǒng)的由建筑師手繪的結(jié)構(gòu)圖和由地面近景攝影測(cè)量 方法 測(cè)出的結(jié)構(gòu)圖都能夠表達(dá)建筑的關(guān)鍵部位和整體結(jié)構(gòu)，但由于技術(shù)手段的局限，難以對(duì)古建筑進(jìn)行快速測(cè)繪和對(duì)整體立體空間進(jìn)行清晰的表達(dá)。據(jù)文物部門(mén) 統(tǒng)計(jì)，我國(guó) 目前 被列入保護(hù)范圍的古建筑群有近30萬(wàn)處，古建筑的保護(hù)、搶救及修復(fù)的工作量非常大，而傳統(tǒng)的建筑測(cè)繪和資料整理的方法和技術(shù)手段遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足古建筑保護(hù)的實(shí)際需要。
新型傳感器——地面激光掃描儀和配套的專業(yè)數(shù)碼相機(jī)融合了激光掃描及遙感等技術(shù)，可以同時(shí)獲取空間三維點(diǎn)云(Point cloud)和彩色數(shù)字圖像(Color imagery)兩種數(shù)據(jù)，掃描點(diǎn)空間定位精度達(dá)到5~10mm的掃描精度，使該項(xiàng)技術(shù)成為歐美等國(guó)在高效率空間數(shù)據(jù)獲取方面的研究 熱點(diǎn)。近年歐美等地應(yīng)用涉及城市規(guī)劃、資源調(diào)查、災(zāi)害 管理、工程設(shè)計(jì)及國(guó)防等方面，特別在城市三維景觀、古建重建、虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真等方面。
激光掃描技術(shù)可以快速重構(gòu)整個(gè)建筑的全方位立體空間，完整描述建筑物的每一個(gè)關(guān)鍵要素，因此可以為古建筑保護(hù)與更新提供真實(shí)準(zhǔn)確的三維模型。保護(hù)方案依據(jù)真三維模型來(lái)制定，不僅提高工作效率，而且修復(fù) 計(jì)劃的精細(xì)程度和表現(xiàn)效果大為提高。因此，利用地面激光掃描儀進(jìn)行古建筑和歷史街區(qū)的保護(hù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義，也是一項(xiàng)高 科技 的 文化工程。
2的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1三維激光影像掃描技術(shù)原理
本文所提的特指三維激光影像掃描技術(shù)，三維激光影像掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，它利用三維地面激光掃描儀可以深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng) 環(huán)境中進(jìn)行掃描操作，并直接將各種實(shí)體的三維數(shù)據(jù)完整地采集到電腦中，進(jìn)而快速重構(gòu)出目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù), 同時(shí), 它所采集的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)還可進(jìn)行各種后處理工作(如: 測(cè)繪、計(jì)量、分析、仿真、模擬、展示、監(jiān)測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)等) [2]。所有采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及三維建模數(shù)據(jù)都可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口格式轉(zhuǎn)換給各種工程 軟件直接使用。
在三維激光影像掃描儀所獲數(shù)據(jù)組成的立體模型上可以非常精確地量測(cè)出建筑物及物體的尺寸，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量方式。三維激光影像掃描儀的單點(diǎn)精度，一般可以達(dá)到毫米級(jí)，這對(duì)于古代建筑物的幾十米體量來(lái)說(shuō)，精度已經(jīng)夠用，并且它建模以后的量測(cè)精度不比傳統(tǒng)測(cè)量方法差[2]。三維激光掃描最大的意義在于效率高，激光掃描內(nèi)外業(yè)所需時(shí)間往往只有傳統(tǒng)方法測(cè)量的1/20。另外傳統(tǒng)方法只測(cè)到了物體部分點(diǎn)的數(shù)據(jù)，而激光掃描則測(cè)量到了物體的全部細(xì)節(jié)。
2.2激光遙感應(yīng)用現(xiàn)狀
激光遙感應(yīng)用范圍非常廣泛，主要包括對(duì)地形、建筑物以及其他對(duì)象進(jìn)行高精度測(cè)量。
2.2.1帶狀地形測(cè)圖數(shù)據(jù)采集
地面三維激光影像掃描儀可進(jìn)行野外局部帶狀地形區(qū)域分段掃描。在具有一定重復(fù)掃描區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行三維影像拼接和合并生成帶狀影像圖。通過(guò)少量的測(cè)量控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換到國(guó)家或城市坐標(biāo)系中，用地形和地物的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立模型，生成帶狀地形圖。對(duì)于鐵路、公路、大江大渠兩岸的局部不規(guī)則帶狀地形圖測(cè)量，較常規(guī)測(cè)量速度快、精度高[3]。
2.2.2建立高精度的數(shù)字地面模型和城市模型
三維激光掃描影像數(shù)據(jù)作為GIS 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)更新的重要來(lái)源。采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)拼接和合并后，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理剔除粗差數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)濾波和分類算法獲得地面高程數(shù)據(jù)以及地物數(shù)據(jù)。地面高程數(shù)據(jù)用于建立高精度的數(shù)字地面模型，地物數(shù)據(jù)經(jīng)提取和目標(biāo)識(shí)別處理可實(shí)現(xiàn)城市三維模型的建立。
2.2.3古文物建筑物測(cè)量及逆向工程應(yīng)用
地面三維激光影像掃描技術(shù)可為三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、三維測(cè)量及逆向工程、快速模具制造等相關(guān)技術(shù)方面提供服務(wù)。能夠快速高精度地完成復(fù)雜的古建筑結(jié)構(gòu)測(cè)量，大型景觀(如建造大佛景觀)三維數(shù)字設(shè)計(jì)與模板制作。
1999年，來(lái)自斯坦福大學(xué)和華盛頓大學(xué)的一個(gè)30人小組使用三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)意大利佛羅倫薩的米開(kāi)朗基羅的大衛(wèi)雕像進(jìn)行了測(cè)量，近距離目標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量精度達(dá)到了亞毫米級(jí)[4]。舉世聞名的 中國(guó) 山西大同云岡石窟，時(shí)下正由文物 管理專家展開(kāi)三維激光測(cè)繪，并繪制精確的“三維立面圖”，以便對(duì)五萬(wàn)余尊千年古佛像進(jìn)行保護(hù)和修復(fù)。正在進(jìn)行的北京故宮修復(fù) 工作中運(yùn)用了多項(xiàng) 現(xiàn)代 測(cè)繪技術(shù)，其中包括激光掃描，它具有快速、精確、多方位的特點(diǎn)，為古 建筑測(cè)繪探索新的途徑。
2.2.4其它方面的 應(yīng)用
此外，地面三維激光影像掃描儀可應(yīng)用于復(fù)雜 工業(yè) 設(shè)備的測(cè)量與建模、房屋建模與房產(chǎn)圖測(cè)量、工程建筑物變形監(jiān)測(cè)、災(zāi)害三維實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事故災(zāi)害評(píng)估、礦山及隧道測(cè)量和大型水利工程安全監(jiān)測(cè)與 研究 等方面[3]。
3基于激光數(shù)據(jù)的古建筑保護(hù)應(yīng)用
3.1古建筑量測(cè)
目前 很多古代建筑缺少可用的CAD數(shù)據(jù)，即使建立低水平的細(xì)節(jié)CAD模型，也需要借助測(cè)量和其他 方法 ，必須進(jìn)行大量耗時(shí)的，成本高昂的，而且非常困難的測(cè)量，更不用說(shuō)制作正射影像了。數(shù)字正射影像是一種既具有像片影像特征同時(shí)又具有線劃地圖數(shù)學(xué)、幾何與制圖特征的圖種。由于其包含的信息豐富、直觀性強(qiáng)，具有可量測(cè)性，因而受到人們的廣泛關(guān)注[5]。
采用三維激光影像掃描技術(shù)，能在不損傷建筑物的條件下，快速采集古建筑物外部表面的精確數(shù)據(jù)。通過(guò)使用 軟件，可以快速地為掃描獲得的點(diǎn)云賦予相應(yīng)的彩色信息，再經(jīng)過(guò)加工便制作成正射影像，向用戶展示一個(gè)完全的實(shí)景彩色圖像。如圖1所示。相對(duì)于以往近景攝影來(lái)說(shuō)，正射影像具有更為精確的可量測(cè)性，古建筑設(shè)計(jì)和保護(hù)人員可以精確對(duì)門(mén)、窗、柱、梁等構(gòu)件進(jìn)行測(cè)量，如圖2所示。借助CAD便可以制作出用于施工的CAD數(shù)據(jù)圖，如圖3所示。
3.2古建筑三維重建
古建筑三維重建的關(guān)鍵 問(wèn)題 主要包括五個(gè)方面的因素，其中兩點(diǎn)直接 影響 到古建筑三維重建的真實(shí)性[6]：① CAD木構(gòu)件數(shù)本身存在的問(wèn)題，CAD木構(gòu)件模型是早期利用AutoCAD軟件建立的線框圖，由于線框模型只有點(diǎn)和直線段，沒(méi)有給出模型的表面信息，因此無(wú)法得到有關(guān)表面屬性的拓?fù)湫畔⒑蛶缀涡畔?，無(wú)法得到正確的幾何模型信息化成為古建筑三維重建的關(guān)鍵問(wèn)題所在;② 紋理材質(zhì)的表現(xiàn)，紋理和材質(zhì)的映射除了能提供逼真的視覺(jué)感受以外，還能在一定程度上展現(xiàn)建筑物的風(fēng)格。古建筑除了其造型獨(dú)特之外，其色彩裝飾的運(yùn)用也是一大特色：古代匠師們根據(jù)色彩對(duì)人們生理和 心理所起的作用，采用色彩明暗的對(duì)比和冷暖色調(diào)調(diào)和的手法來(lái)營(yíng)造各種不同的色彩 環(huán)境。古建筑物這種復(fù)雜的色彩組合環(huán)境不可避免地帶來(lái)了三維模型重建過(guò)程中紋理和材質(zhì)映射的難度。
而基于激光數(shù)據(jù)的古建筑三維重構(gòu)就是以古建筑木構(gòu)架體系為知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)“古建筑的數(shù)字化”，在 計(jì)算 機(jī)環(huán)境下從原有的無(wú)規(guī)則點(diǎn)云數(shù)據(jù)中高精度提取古建筑的表面特征，利用規(guī)則的形狀實(shí)現(xiàn)模型的表面重建，再現(xiàn)實(shí)際古建筑的立體輪廓和真實(shí)紋理，完成復(fù)雜古建真三維的幾何表達(dá)，使得古建筑在三維表達(dá)上完全可以避免以上提到的兩個(gè)問(wèn)題。所以圖4所示為基于三維激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建的福州市孔廟三維模型。
另外從微觀上來(lái)看，古建筑還包含一些具有表面形態(tài)豐富多彩的 藝術(shù) 品，如石雕、磚雕、木雕、彩畫(huà)等，這部分的重建由于形態(tài)各異，在重建方面其對(duì)精確度和色彩真實(shí)性的要求更為嚴(yán)格，以往的三維重建技術(shù)手法根本難以滿足其要求，而利用三維激光影像掃描技術(shù)獲取到的激光數(shù)據(jù)無(wú)論在精確度還是在色彩真實(shí)性上都可以用于藝術(shù)品的精細(xì)重建。在著名的米開(kāi)朗基羅項(xiàng)目中，激光掃描可以精確地得到雕像的每個(gè)細(xì)節(jié)，目標(biāo)點(diǎn)的距離測(cè)量精度實(shí)際達(dá)到了±0.25mm，另外還拍攝了7000幅的彩色數(shù)碼相片用于渲染貼圖，最終的大衛(wèi)雕像模型包含了20億個(gè)多邊形，其模型采用高密度的Mesh模型真實(shí)地表現(xiàn)建筑物中藝術(shù)品細(xì)膩的形態(tài)[4]。
3.3基于激光數(shù)據(jù)的古建筑保護(hù)應(yīng)用
通過(guò)對(duì)古建筑進(jìn)行量測(cè)和三維重構(gòu)，古建筑保護(hù)利用可以有以下幾個(gè)方面：
3.3.1對(duì)細(xì)部和裝飾殘缺的或已經(jīng)破壞的古建筑進(jìn)行復(fù)原
利用形狀匹配技術(shù)，通過(guò)三維激光設(shè)備將文物數(shù)字化，通過(guò)空間曲面輪廓線的提取，并根據(jù)輪廓線的匹配結(jié)果可實(shí)現(xiàn)殘損文物的拼接復(fù)原。主要由曲面模型的匹配拼接、三維曲面模型的融合和曲面的三維編輯，構(gòu)造自動(dòng)拼接與手工調(diào)整相結(jié)合的文物復(fù)原過(guò)程模型，最后將三維 計(jì)算機(jī)模型送入快速成型設(shè)備復(fù)原微縮建筑進(jìn)行實(shí)體檢查，為文物研究及文物保護(hù)提供準(zhǔn)確的 科學(xué) 數(shù)據(jù)。
3.3.2對(duì)典型建筑構(gòu)件、營(yíng)造技術(shù)或法式進(jìn)行 分析 與剖視
對(duì)臺(tái)基、石雕、門(mén)窗、柱、柱礎(chǔ)、屋檐、斗拱、梁、檁、屋頂?shù)鹊湫徒ㄖ?gòu)件進(jìn)行分析、剖視、建模，及搭建過(guò)程的演示。
4基于激光數(shù)據(jù)的 歷史 街區(qū)三維重建
基于激光數(shù)據(jù)的歷史街區(qū)三維重建主要是對(duì)歷史街區(qū)進(jìn)行特征分析，屋頂、墻體、街道等要素的重建。
4.1三維重建必要性
歷史街區(qū)保護(hù)的原則之一：“原真性”與“可讀性”相結(jié)合。要保持或恢復(fù)街區(qū)的傳統(tǒng)風(fēng)貌，“原真性”是歷史街區(qū)保護(hù)與更新的一個(gè)首要原則。為使街區(qū)恢復(fù)“原汁原味”，三維激光影像掃描技術(shù)可以進(jìn)行充分地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，并可以獲取詳細(xì)的照片，然后按照“整舊如故，以存其真”的原則，依據(jù)每一幢建筑不同的建造年代、建筑風(fēng)貌及建筑質(zhì)量就可以進(jìn)行三維重建，從而達(dá)到保護(hù)和修繕的目的。另外基于激光數(shù)據(jù)的歷史街區(qū)三維重建可以快速地表達(dá)一個(gè)完整而具有特色的空間形態(tài)，使“可讀性”成為可能。
4.2基于激光數(shù)據(jù)的歷史街區(qū)三維重建
傳統(tǒng)的用于街區(qū)建筑物批量建模的方法有兩類：一類是采用商品化建模軟件進(jìn)行建模，另一類是根據(jù)采集得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模[7]。即：① 采用商品化建模軟件的建模方法是利用一些專門(mén)用于建模的商品化軟件(如：AutoCAD，3Dmax，Maya，MultiGen等)，基于原有的CAD設(shè)計(jì)圖紙和數(shù)據(jù)，利用AutoCAD+3DS軟件建模，最后通過(guò)函數(shù)接口讀入程序中，從而能夠真實(shí)表達(dá)建筑物內(nèi)部的細(xì)節(jié)特征。這些文件中已將模型剖分為空間三角網(wǎng)，我們只需將這組數(shù)據(jù)以一定的比例、角度在通過(guò)旋轉(zhuǎn)、平移、縮放在空間坐標(biāo)系中定位，同時(shí)到實(shí)地拍攝建筑物的影像，運(yùn)用圖像處理軟件制作出建筑物的表面紋理，貼附于模型之上，從而實(shí)現(xiàn)建筑物模型的重建。② 三維幾何自主建模這種建模方法是對(duì)建筑物進(jìn)行三維幾何表示，它可以看作是從實(shí)際三維物體到物體模型的映像，但是目前這些重建方法一是建模精確不高，二是建模的工作量大。
基于激光數(shù)據(jù)歷史街區(qū)的三維重建主要是利用現(xiàn)有的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速地提取矢量化的建筑群模型，是工作量和模型精準(zhǔn)度都優(yōu)于傳統(tǒng)的建模方法，目前國(guó)外很多學(xué)者在對(duì)基于激光的建筑物模型自動(dòng)提取的研究做深入的研究，并取得一定成果，這為歷史街區(qū)三維重建提供了極大的便利。建筑物模型自動(dòng)提取主要包括：①獲取建筑物的近似大小(長(zhǎng)、寬、高);②區(qū)分出平頂和尖頂房屋;③區(qū)分出建筑物是矩形、T、L、U 和十字形狀;④獲得主要的屋頂面的個(gè)數(shù)和形狀;⑤ 檢測(cè)并分離距離較近的建筑物;⑥ 清除屋頂面上的擾動(dòng)或者噪音(包括天窗和煙筒);⑦ 檢測(cè)出屋頂上的小建筑并將他們合為一體[8]。圖5是福州市三坊七巷歷史保護(hù)街區(qū)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪的激光點(diǎn)云掃描后恢復(fù)的三維場(chǎng)景。
4.3 歷史 街區(qū)三維重建的 應(yīng)用
4.3.1提高歷史街區(qū)保護(hù)與更新中的公眾參與程度
縱觀歷史街區(qū)保護(hù)與更新的 理論 和 實(shí)踐的 發(fā)展 過(guò)程，可以看出，歷史街區(qū)的保護(hù)更新離不開(kāi)生活在其中的公眾的參與和支持，歷史街區(qū)的改造和公眾的參與就像“魚(yú)和水”的關(guān)系一樣，是相互依賴、共同生長(zhǎng)和發(fā)展的。當(dāng)今歷史街區(qū)保護(hù)更新的發(fā)展趨勢(shì)也漸漸向公眾參與的方向發(fā)展，小規(guī)模改造、“微循環(huán)”式的改造都離不開(kāi)公眾全方位的參與和支持。三維重建后的虛擬歷史街區(qū)將繼續(xù)秉承虛擬現(xiàn)實(shí)的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)公眾對(duì)改造后街區(qū)在感官上的認(rèn)識(shí)，從而提高歷史街區(qū)保護(hù)與更新中的公眾參與程度。
4.3.2 多種歷史 建筑要素的比較以及綜合或?qū)ｍ?xiàng)評(píng)價(jià)
三維重建后，通過(guò)搜索出歷史建筑要素的邊界，求出輪廓線，然后將 研究 對(duì)象與建筑圖庫(kù)中不同歷史年代對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行比較，便可作出評(píng)價(jià)和結(jié)論。
4.3.3對(duì)木構(gòu)做法、建筑格局進(jìn)行深度 分析
建筑格局比較復(fù)雜，主要有庭院式布局(廊院式、合院式);非庭院式布局(貫聯(lián)式布局、聯(lián)排式布局、散點(diǎn)式布局)。通過(guò)三維重建，搜索出所有建筑的邊界、中心、法線方向，最后由專家根據(jù) 自然 環(huán)境、風(fēng)水、民俗等進(jìn)行評(píng)價(jià)，并做出結(jié)論。
總之，通過(guò)對(duì)歷史街區(qū)的特征著手分析，如：①有序的魚(yú)骨狀街坊格局;②連綿起伏的屋脊，坡屋頂構(gòu)筑的天際輪廓線;③街巷口門(mén)拱門(mén)樓、粉墻灰瓦、朱門(mén)雨檐門(mén)斗、條石路面等獨(dú)特內(nèi)涵構(gòu)成的連續(xù)坊巷界面;④是組合多進(jìn)式、前堂后寢邊花廳式的平面布局;⑤是“觀音兜”式封火墻、夯土防火墻、飛檐翹角等墻式;⑥是以石、土、磚、木等的建筑材質(zhì)。這些特征，極大地優(yōu)化了所得的激光數(shù)據(jù)，為歷史街區(qū)三維重建及肌理分析打下了良好的基礎(chǔ)。
5前景及存在 問(wèn)題
5.1前景
5.1.1潛在用戶
國(guó)家建設(shè)部已經(jīng)正式批準(zhǔn)了100余座歷史 文化名城，其中絕大部分都存在古建筑的保護(hù)與利用問(wèn)題，如北京的故宮、福州的三坊七巷等。據(jù)文物部門(mén) 統(tǒng)計(jì)，我國(guó) 目前 被列入保護(hù)范圍的古建筑群有近30萬(wàn)處。利用激光掃描技術(shù)快速構(gòu)建古建筑三維模型的技術(shù) 方法 ，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。各歷史文化名城的規(guī)劃建設(shè)部門(mén)和文物保護(hù)單位都將是該應(yīng)用的潛在用戶。
5.1.2市場(chǎng)前景
隨著激光掃描硬件 軟件性價(jià)比的不斷提升，古建筑空間結(jié)構(gòu)的快速三維重構(gòu)技術(shù)將受到各類用戶的青睞。已修復(fù)完成的地區(qū)可以利用該技術(shù)建立歷史街區(qū)的完整三維虛擬模型，用于展示和推廣(包括 網(wǎng)絡(luò) 上的推廣);尚未修復(fù)的地區(qū)在建立三維虛擬模型之后，可以利用三維設(shè)計(jì)CAD軟件對(duì)修復(fù) 工作進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，從而顯著提高工作效率。因此，該技術(shù)成果將具有良好的市場(chǎng)前景。
5.1.3 經(jīng)濟(jì) 效益及 社會(huì) 作用
由于存在較大的潛在市場(chǎng)，成果將會(huì)產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。由此帶來(lái)的城市歷史文脈的保留與延續(xù)，則有利于提升城市的品質(zhì)，激發(fā)城市居民的歸屬感和自豪感，從而產(chǎn)生積極的社會(huì)意義。
5.2存在的問(wèn)題
雖然已經(jīng)被廣泛地用于古建筑物的重建工作中，但是仍然存在很多的問(wèn)題需要解決。各種普通的特征提取與處理算法直接應(yīng)用于古建筑物重建中還有一定距離，自動(dòng)化程度較低是目前困擾實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)重要難題，也是日后該應(yīng)用研究力求解決的重要問(wèn)題。
5.2.1 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征檢測(cè)。由于建筑物年代久遠(yuǎn)、表面粗糙，給特征檢測(cè)中的閾值設(shè)定帶來(lái)了困難;另外，古建筑物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面形狀多變，難以用一種或幾種形狀表達(dá)。此外，在三維空間下的特征檢測(cè)本身就比較復(fù)雜。
5.2.2古建筑物模型重建。古建筑物重建過(guò)程中需要涉及到具有規(guī)則幾何形狀和任意形態(tài)的兩種類型的部件，如何界定并分離這兩種部件是比較困難的工作。由多個(gè)簡(jiǎn)單幾何形體構(gòu)成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的識(shí)別與重建也是十分復(fù)雜，一方面幾何的復(fù)雜性增加了特征檢測(cè)的不可靠性，另一方面，幾何的復(fù)雜性也給結(jié)構(gòu)的重建和表達(dá)帶來(lái)了困難。
5.2.3古建筑物紋理的提取
紋理可以充分表現(xiàn)建筑物的光影信息，使結(jié)果更加真實(shí)。正常的紋理產(chǎn)生可以通過(guò)提取每一個(gè)部件的紋理，使用多站點(diǎn)下紋理數(shù)據(jù)的融合實(shí)現(xiàn)，但是融合過(guò)程中如何選擇最優(yōu)的規(guī)則是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。另外，當(dāng)紋理缺失時(shí)，通過(guò)紋理的近似程度，從已有的數(shù)據(jù)中尋找近似紋理數(shù)據(jù)完成紋理缺失區(qū)域的補(bǔ)充是非常復(fù)雜的問(wèn)題。
參考 文獻(xiàn) ：
[1] 余明，丁辰，劉長(zhǎng)征，過(guò)靜珺. 北京故宮修復(fù)測(cè)繪研究[J]. 測(cè)繪通報(bào)，2004(4):11-13.
[2] 周克勤，許志剛，宇文仲. 三維激光影像掃描技術(shù)在古建測(cè)繪與保護(hù)中的應(yīng)用. 工程勘察，2004(5) :43-46.
[3] 鄭德華，雷偉剛. 地面三維激光影像掃描測(cè)量技術(shù)[J]. 鐵路航測(cè)，2003(2) :26-28.
[4] 張遠(yuǎn)智，胡廣洋，劉玉彤，王慶洲. 基于工程應(yīng)用的3維激光掃描系統(tǒng)[J]. 測(cè)繪通報(bào)，2002(1) :34-36.
[5] 萬(wàn)霞，酈淑俊，王朝暉. 一種快速的正射影像制作方法[J]. 現(xiàn)代 測(cè)繪，2006，29(2):34-35.
[6] 夏慧瓊，朱慶，張葉廷，龔俊，杜志強(qiáng). 基于CAD與GIS集成的仿唐古建筑景觀的三維重建方法[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)( 工學(xué)版)，2005，38(5):114-119.
[7] 劉立娜. 虛擬城市建設(shè)中建模及可視化的研究與實(shí)踐[D]. 中國(guó) 人民解放軍信息工程大學(xué)碩士 論文，2005:33-36.
[8] 黃先鋒. 利用機(jī)載LIDAR數(shù)據(jù)重建3D建筑物模型的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 武漢大學(xué)博士論文，2006:5-6.
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