重庆罗汉寺文物保护工程中激光扫描技术的运用分析.docVIP

重庆罗汉寺文物保护工程中激光扫描技术的运用分析 　　0 引 言 　　三维激光扫描技术是近年来发展起来的测绘新技术，它与传统测绘方法相比具有明显的优越性。它可以在短时间内采集海量的目标点坐标，测量精度很高。形成的点云，可以进一步处理构建目标三维模型，真实再现目标面貌。三维激光扫描技术在地面景观形体测量、复杂工业设备测量与建模、建筑与文物保护和城市三维可视化模型建立等各个方面都有广泛的应用。 　　重庆罗汉寺是全国汉族地区重点佛教寺庙之一，始建于北宋治平年间，至今已有近千年的历史。因为罗汉寺建筑时间久远，其建筑因破损需要维修，而大部分建筑均无建筑图纸等资料及数据。因此，本项目采用三维激光扫描技术对罗汉寺内主要建筑物进行三维扫描测量，获取建筑物顶高及建筑主体轮廓的精确尺寸，建立三维仿真系统，留下宝贵的历史档案。 　　1 三维激光扫描仪和相关软件介绍 　　1. 1 三维激光扫描仪 VZ - 1000 　　本项目采用的是奥地利 RIEGL 公司的必威体育精装版一代激光扫描仪 VZ -1000 三维激光扫描仪。该仪器由高精度、长距离三维激光扫描仪和高分辨率的数码相机组成。VZ -1000 三维激光扫描仪最远扫描距离可达 1 400 m,测量精度优于 5 mm,建模精度优于 2 mm,并且该仪器配有云台设备可以采用不同倾角对建筑进行扫描。 　　1. 2 相关软件介绍 　　1） RiSCAN PRORiSCAN PRO 是三维激光扫描仪 VZ 系列的自带软件。用户可以用 RiSCAN PRO 软件配置传感器参数、进行数据获取、数据显示、数据处理和数据存档等操作。 　　2） Geomagic Studio由美国 Raindrop （ 雨滴） 公司出品的逆向工程和三维检测软件 GeomagicStudio 可轻易地利用扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS 曲面。Geomagic Studio 可根据任何实物零部件自动生成准确的数字模型。 　　2 建筑物数据采集方法 　　运用三维激光扫描仪对罗汉寺内主要建筑物及罗汉（ 塑像） 进行三维数据采集。由于建筑物造型复杂，数据获取困难，因此需要进行多站扫描，同时配备“云台”设备获取整体数据。 　　罗汉寺的数据采集复杂多样，其内建筑物多、密度大，同时由于景区人数多、客流量大，为了保证扫描效果和工作效率，扫描采用“粗扫”和“精扫”相结合的方式进行数据采集。“粗扫”时采用 360°的扫描方式进行，扫描距离设置为 450 m,采样间隔设置为 100 m 处 0. 05 m,扫描一周时间为 2 min.“粗扫”目的是为了获得测站四周建筑物整体的轮廓点云数据。“精扫”时采用选择特定区域，扫描距离设置为 450 m,采样间隔设置为 100 m 处0. 02 m方式进行，“精扫”目的是为了获得主要建筑物的重要区域的精细点云数据。采用“粗扫”和“精扫”相结合的作业方式，保证了扫描数据满足工程精度要求，同时尽可能提高了工作效率。 　　由于需要测量罗汉寺内主要建筑物的顶高数据，在数据采集时采用了“云台”测量工具，该工具可以在垂直方向上从 0° ~90°进行变化，把激光扫描仪架设在该“云台”上，通过“云台”的角度变化进行倾斜扫描。采用“云台”技术进行数据采集，与常规扫描采集点云数据要求一致，主要采集了建筑物顶部数据。 　　为了使建立的三维模型真实及纹理清楚，在三维数据获取时，采用专用相机获取影像数据。为满足三维仿真系统建设的需要，对未获取影像的区域，采用单反相机单独拍摄。 　　3 建筑物点云数据处理方法 　　3. 1 数据预处理 　　采用三维激光扫描仪配套数据处理软件 RISCANPRO,对多次扫描数据进行拼接，其拼接精度达到 2 cm. 　　由于罗汉寺内建筑物繁多，分布密集。整体浏览和处理都不方便，为了更快捷、清楚地对数据进行处理，需要对罗汉寺整体点云数据进行裁剪。通过 RISCAN PRO 软件的裁剪功能对点云数据的裁剪，获得罗汉寺内主要建筑物的独立点云数据。 　　由于原始扫描的建筑物点云数据没有颜色信息，浏览和处理并不直观，仅仅依靠激光点云对物体进行三维建模是不够的，缺乏对表面纹理特征的有力表达，因此，采用影像匹配技术对点云赋予颜色。 　　3. 2 建筑物特征提取方法 　　通过三维激光扫描获得罗汉寺建筑物数据是三维点数据，对建筑物而言，其关键数据是建筑物各重要部位的轮廓线数据，建筑物轮廓线数据也是其设计、修复、建模的基础数据。因此，需要对罗汉寺的主要建筑物的轮廓特征进行提取。将整理好的罗汉堂点云数据，导入自主研发的点云数据处理程序，进行数据处理。该程序主要包含点云电力线提取、点云斜坡提取、点云特征提取、点云线地物有哪些信誉好的足球投注网站等用于地形处理的功能。 　　运用点云数据处理程序相关功能，提取建筑物的外围轮廓线、屋脊