曾榮燦

（貴州中色藍圖科技有限公司，貴陽550000）

1 古建筑測繪的難點

古建筑測繪是一項復(fù)雜而具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)， 因為古建筑通常具有獨特的結(jié)構(gòu)和珍貴的歷史價值， 同時可能受到自然損壞、人為破壞或年代久遠等因素的影響。 古建筑通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括曲線、拱頂、穹頂、裝飾元素和不規(guī)則形狀的房間，測繪這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要高精度的測量和建模技術(shù)。 古建筑的形狀可能非常不規(guī)則，沒有標準的幾何形狀，使傳統(tǒng)的測繪方法可能無法直接應(yīng)用， 需要使用先進的技術(shù)來處理非常規(guī)形狀。 隨著時間的推移，古建筑可能會失去一些原始細節(jié)，如裝飾元素、彩色涂層或繪畫，測繪時需要盡可能準確地還原這些細節(jié)，以維護建筑的歷史和文化價值。 同時，古建筑通常會受到老化、磨損和破損的影響，這可能導(dǎo)致墻壁的傾斜、結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定和材料的腐爛，在測繪過程中，需要考慮這些損傷對建筑的影響，并記錄它們。 為了保護古建筑，通常需要采用無侵入性的測繪方法，以避免對建筑造成損害，增加了測繪工作的難度，因為不能直接接觸建筑物表面[1]。 對于一些非常古老的古建筑，沒有準確的歷史文獻可供參考，使了解建筑的歷史和構(gòu)造更加困難。 另外，古建筑的保護和研究通常需要非常高的精確度，特別是當涉及文化遺產(chǎn)保護或建筑修復(fù)時，任何測繪錯誤都可能導(dǎo)致對建筑物的不正確干預(yù)。 古建筑位于不同的環(huán)境中，可能會受到天氣、濕度、溫度和自然災(zāi)害等因素的影響，會影響建筑物的狀態(tài)和測繪過程，克服這些難點需要綜合運用傳統(tǒng)的測繪方法和現(xiàn)代的測量技術(shù)， 以及具備專業(yè)知識和經(jīng)驗的團隊。 此外，還需要密切合作，確保所有相關(guān)方能夠充分了解古建筑的特點和需求， 以實現(xiàn)準確進行測繪和有效進行文化遺產(chǎn)保護。

2 古建筑測繪的方法及新技術(shù)的要點

古建筑測繪是一項關(guān)鍵的文化遺產(chǎn)保護工作， 旨在記錄和分析古代建筑的結(jié)構(gòu)、特征和歷史，以便維護、修復(fù)和研究。傳統(tǒng)古建筑測繪方法主要是使用傳統(tǒng)測量儀器如測距儀、水平儀、經(jīng)緯儀等進行人工測量，這些工具對于簡單的建筑物仍然有效。 根據(jù)測量數(shù)據(jù)制作平面圖和立面圖，用于記錄建筑的基本結(jié)構(gòu)和布局；詳細記錄測量數(shù)據(jù)，包括坐標、尺寸、角度和特征等信息，然后對數(shù)據(jù)進行分析，以了解建筑物的狀態(tài)和特點。 基于測繪數(shù)據(jù)的分析，制訂文化遺產(chǎn)保護計劃，包括修復(fù)、保護和維護建筑的方案，將測繪數(shù)據(jù)整理成測繪報告和圖紙，以供研究人員、保護者和決策者使用[2]。

現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于古建筑測繪， 包括以下關(guān)鍵技術(shù)：（1）激光掃描技術(shù)。 利用激光掃描技術(shù)，可以生成高精度的三維模型， 捕捉建筑物的形狀和細節(jié)， 可以快速獲取大量數(shù)據(jù)，尤其適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的古建筑。 （2）無人機影像測量技術(shù)。通過搭載相機或傳感器的無人機， 可以進行高分辨率的航拍圖像采集，生成三維模型或點云數(shù)據(jù)，用于建筑測繪和建模。（3）虛擬現(xiàn)實技術(shù)。 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以創(chuàng)建逼真的古建筑虛擬模型，讓用戶親臨其境，以更好地理解建筑和歷史。（4）3D 掃描和攝影測量。 使用先進的3D 掃描設(shè)備和攝影測量技術(shù)，可以精確測量建筑的尺寸、形狀和細節(jié)，包括紋理和裝飾元素。 （5）數(shù)據(jù)處理和分析軟件。 新技術(shù)通常使用數(shù)據(jù)處理和分析軟件，用于整理、處理和分析測繪數(shù)據(jù)，以生成詳細的建筑模型和圖紙。（6）文化遺產(chǎn)信息系統(tǒng)。利用信息系統(tǒng)，可以管理和存儲大量的測繪數(shù)據(jù)、圖像和文檔，以支持文化遺產(chǎn)的研究和保護。（7）增強現(xiàn)實應(yīng)用。利用增強現(xiàn)實應(yīng)用，用戶可以使用智能手機或AR 眼鏡， 在古建筑實際場景中獲取附加信息，如歷史背景或文化解釋[3]。 綜合使用這些新技術(shù)和傳統(tǒng)測繪方法，可以更全面、高效、準確地測繪古建筑，有助于更好地理解和保護這些寶貴的文化遺產(chǎn)。 新技術(shù)的應(yīng)用使古建筑測繪工作更加精密和多樣化， 為文化遺產(chǎn)保護和歷史研究提供了更多的工具和資源。

3 古建筑測繪的方法及新技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 激光掃描技術(shù)

激光掃描技術(shù)是一種先進的數(shù)字測繪方法， 已廣泛應(yīng)用于古建筑測繪和文化遺產(chǎn)保護中， 該技術(shù)使用激光束測量物體表面上的點，將這些點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高度精確的三維模型。激光掃描技術(shù)的工作原理基于激光雷達的原理， 它包括以下主要步驟。

1）發(fā)射激光束。 一臺激光掃描儀發(fā)射激光束，這束激光經(jīng)過一個旋轉(zhuǎn)或移動的鏡頭系統(tǒng)，以覆蓋整個測繪區(qū)域。

2）激光束碰撞目標。 激光束碰撞建筑物表面上的點，然后被反射回到激光掃描儀。

3）測量反射時間。 通過測量激光束從發(fā)射到碰撞目標再反射回的時間，激光掃描儀可以確定激光束與目標的距離。

4）多個點的測量。 激光掃描儀通過連續(xù)地發(fā)射激光束，旋轉(zhuǎn)或移動來掃描整個建筑物的表面， 可以獲取大量點的距離數(shù)據(jù)，形成點云。

5）點云數(shù)據(jù)處理。 獲取的點云數(shù)據(jù)通常需要進行后期處理，包括去除雜散點、數(shù)據(jù)配準（點云的對齊和融合）以及創(chuàng)建密度更高的點云模型。

6）生成三維模型。 處理后的點云數(shù)據(jù)可以用來創(chuàng)建高度精確的三維模型，包括平面圖、立面圖、房間內(nèi)部的三維模型等。

激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中具有廣泛的應(yīng)用， 激光掃描可以生成高精度的三維模型，準確反映建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)和細節(jié)，包括曲線、裝飾元素和雕刻[4]。 對于復(fù)雜的古建筑，如大教堂、城堡和宮殿，激光掃描可以輕松捕捉復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)部裝飾，提供詳盡的數(shù)據(jù)。 通過激光掃描，建筑物的當前狀態(tài)可以被快速、準確地記錄下來，以幫助文化遺產(chǎn)保護者制訂修復(fù)、保護和維護計劃。 激光掃描是一種非侵入性的測量方法，不需要直接接觸建筑物表面，因此，不會對古建筑造成任何傷害。 基于激光掃描的數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實體驗，讓人們以全新的方式探索古建筑，包括虛擬游覽和互動展示。 同時，激光掃描數(shù)據(jù)可以用于歷史研究和教育，使學(xué)者和學(xué)生能夠深入了解古建筑的演變和歷史背景。 激光掃描技術(shù)因其高精度、高效率和非侵入性的特點，已經(jīng)成為古建筑測繪的不可或缺的工具之一，為文化遺產(chǎn)保護、歷史研究和建筑修復(fù)提供了強大的支持， 有助于保存和傳承珍貴的文化遺產(chǎn)。

3.2 無人機影像測量技術(shù)

無人機影像測量技術(shù)是古建筑測繪領(lǐng)域的一項重要新技術(shù)，該技術(shù)利用無人機搭載的相機或傳感器，通過拍攝高分辨率的航拍圖像或生成點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對古建筑的高精度、高效率測量和建模。 無人機影像測量技術(shù)的工作原理基于以下主要步驟：第一，航拍圖像采集。 無人機搭載高分辨率相機，飛行員或自動飛行控制系統(tǒng)通過預(yù)定航線在不同角度和高度拍攝古建筑的航拍圖像， 這些圖像捕捉了建筑物的不同角度和細節(jié)。 第二，全球定位系統(tǒng)（GPS）/ 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和慣性定位導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）進行定位。無人機通過GNSS 接收器和INS 確定其精確的位置和方向， 以確保圖像地理定位的準確性[5]。 第三，圖像處理。 獲取的航拍圖像需要進行后期處理，包括圖像校正、去除畸變、圖像匹配和色彩校正等，以確保圖像的質(zhì)量和準確性。 第四，特征提取和匹配。 使用計算機視覺技術(shù)，自動或半自動地提取圖像中的特征點（如建筑的角點、邊緣、窗戶等）并進行匹配，以確定這些特征點在不同圖像之間的對應(yīng)關(guān)系。 第五，三維點云或模型生成。 基于特征匹配和相機的參數(shù)， 計算機可以生成建筑物的三維點云數(shù)據(jù)或三維模型，這些數(shù)據(jù)包含了建筑物的幾何形狀和細節(jié)信息。

無人機影像測量技術(shù)在古建筑測繪中有廣泛的應(yīng)用，通過無人機影像測量技術(shù)， 可以生成高分辨率的古建筑三維模型，包括外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些模型具有足夠的細節(jié)，可用于詳細的建筑分析。 同時，利用多個時間點的航拍圖像，可以進行古建筑的變遷分析， 了解其演變歷史和受到的損壞或修復(fù)情況。 無人機影像測量技術(shù)可以幫助文化遺產(chǎn)保護者監(jiān)測和記錄古建筑的狀況，以制訂維護和修復(fù)計劃。 基于無人機數(shù)據(jù)創(chuàng)建的三維模型可以用于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實展示， 讓人們以互動和沉浸式的方式探索古建筑。 無人機影像測量技術(shù)為古建筑測繪提供了一種高效且具有精度的方法， 不僅提高了測繪的效率， 還為古建筑的保存和傳承提供了更多的信息和工具。

3.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑測繪中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在古建筑測繪和文化遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用越來越重要，它給人們以全新的方式探索古建筑，提供了一種具有潛力的工具，使人們更好地理解、保護和傳承文化遺產(chǎn)。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以用于創(chuàng)建高度逼真的古建筑虛擬模型， 包括建筑的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 這些虛擬模型基于測繪數(shù)據(jù)、航拍圖像或激光掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建，可以讓用戶在虛擬環(huán)境中自由漫游，仿佛置身于古建筑內(nèi)部和周圍環(huán)境中。 可以利用虛擬現(xiàn)實，進行古建筑的互動式導(dǎo)覽。 導(dǎo)覽包括虛擬講解員、信息標簽、音頻引導(dǎo)和虛擬標記等，可幫助參觀者更深入地了解建筑的歷史、建筑風(fēng)格和文化背景。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以用于考古學(xué)研究中，以還原古代建筑遺址的原貌，考古學(xué)家可以使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將文物、遺跡和古代建筑重新創(chuàng)建，以便更好地理解過去的文明和歷史。 虛擬現(xiàn)實允許用戶體驗歷史事件和時代，如重新演繹古建筑的歷史事件，如戰(zhàn)斗、慶典或宗教儀式，有助于傳達歷史的生動性和真實性。 文化遺產(chǎn)保護者和建筑師可以使用虛擬現(xiàn)實來模擬不同的修復(fù)方案， 以評估其對古建筑的影響，幫助決策者更好地制訂定修復(fù)計劃，以保護建筑的原始特征。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)允許多個研究者、保護者和教育工作者遠程合作，共同研究和保護古建筑，可以在虛擬環(huán)境中共享數(shù)據(jù)、觀點和見解。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在古建筑測繪和文化遺產(chǎn)保護中提供了一種全新的方式，讓人們更親近、更深入地了解古建筑，以及更好地傳承和保護文化遺產(chǎn)，為研究、教育、宣傳和保護提供了強大的工具， 有望推動古建筑領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。

4 結(jié)語

古建筑測繪不僅僅是一項科技任務(wù)， 更是一項對過去文明的尊重和傳承。 新技術(shù)的不斷進步將繼續(xù)塑造古建筑測繪領(lǐng)域的未來。 激光掃描、無人機影像測量、虛擬現(xiàn)實和人工智能等技術(shù)的發(fā)展將為古建筑測繪提供更多可能性， 使古建筑的保護和研究更加深入和全面，然而，必須謹慎對待這些技術(shù)的應(yīng)用，確保它們符合倫理、法規(guī)和文化保護的原則，以實現(xiàn)準確地測繪和有效地進行文化遺產(chǎn)保護。