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古建测绘技术之倾斜摄影,三维激光扫描.....
发布时间:2020-09-11     来源:金华日报     作者:章果果 陈斌      浏览:1193

说到武义延福寺,自然会想起一张照片:林徽因在梁间探着头,露出微笑。

1934年,梁思成、林徽因夫妇来到武义延福寺实地考察。自此之后,延福寺引起建筑学界的注意。要问林徽因在梁间干嘛?当然是进行测量。

林徽因在延福寺梁架上 资料图

自从1930年营造学社成立以来,学社成员们背着测量仪器,走过上百个县市,考察散落古老土地上的建筑,进行了第一次现代科学方法下的测绘记录与研究,共完成测绘图稿1898张,给后世留下珍贵详实的资料。如今我们再去看那些泛黄的手绘图纸,依然感叹其精美;业界人士则震撼其数据的精确。

90年过去了,科学突飞猛进,古建筑测绘也发展出了许多新科技与新方法。据了解,5月27日,金华市村镇建设服务中心对接金华市测绘院,运用三维激光扫描、倾斜摄影、全景影像采集等技术,对100处历史建筑测绘建档,切实提高历史建筑信息化、精细化管理能力。

倾斜摄影了解一下

这是个高温天。上午10时,站在太阳下两分钟就已经直冒汗,廖陈李和黄健雄却得在烈日下站上半天。他们是市测绘院航测遥感所的工作人员,今天的工作是对浙师大三幢历史建筑进行航拍。航拍是通俗说法,专业称呼是:倾斜摄影。

什么叫倾斜摄影?

倾斜摄影并不是摄影的一个门类,而是测绘及三维建模的一项技术。所谓倾斜,可不是指无人机倾斜着飞,而是照相机镜头倾斜。以往的航拍测绘是使用一个镜头、以垂直角度拍摄,倾斜摄影使用了5个镜头,中间镜头垂直,旁边4个镜头呈45度角,从东南西北同步拍摄。也就是说,它能同时从5个不同角度采集影像。倾斜摄影使前期数据采集效率和后期建模精度、完整度都得到了质的提升,建模精度可以做到厘米级。

廖陈李在航拍现场

倾斜摄影的无人机是个大家伙,比我们平时看到用于航拍的无人机大多了。起飞之前,廖陈李要先进行一番设置,确定航拍范围、布控制点、画航飞区、设计航线、调整重叠率等等。“飞行高度100米,航带25公里,航速一般在9米/秒之内,拍照速度是1.3秒/张。”按下启动键,飞机腾空而起,渐渐升高,变成空中一个小点。

炎炎夏日,露天作业的都尽可能避开高温,对于他们来说,一天中最热之时,从上午9时直到下午三四时,却是航测的黄金时间,因为这个时间段太阳角度高,阴影小,成像效果好。

因为“大家伙”特别费电,一组电池只能飞半个小时,廖陈李预计,今天的飞行得换三组电池,最终可以得到一万多张照片。这一万多张照片输入电脑,经过一系列计算,就能生成一个可以进行旋转浏览的3D实景模型了。

点云:可以精确到毫米

聪明的读者看到这里会问:那历史建筑的外立面和内部结构怎么测量?飞机也不能在地上或者屋里飞啊。

这就需要另一项技术:三维激光扫描。

三维激光扫描主要利用的是激光测距的原理。根据专业解释,当激光射出并碰到物体反射回来,可以通过时间差来计算射出点到反射物体的距离。无数次向周围发射激光并接受反射信号时,就可以获得无数个周围物体与发射点的相对距离。把这些信息导入电脑,可以根据距离模拟出无数个点的位置,这些点就像组成云的一个个小水滴一样,组成了空间环境的模型,这就是点云。“通过点云可以确定房子整体的结构信息、高度、尺寸等,能精确到毫米,就连房子外立面上的精细浮雕,也可以看得很清楚。”廖陈李说。

传统的古建测绘要像梁思成、林徽因那样爬上爬下,用直尺、角尺等工具,直接量取建筑物及其构建的尺寸。相比之下,三维激光扫描可谓“快准狠”,具有快速、精确、多方位、“所见即所得”等特点,而且是非接触式测量,被认为为古建筑测绘提供了具有革命性的方法。

为历史建筑留下数字档案

三维激光扫描、倾斜摄影再加上全景影像采集,这是历史建筑测绘中的外业部分,也就是“测”。外业采集完成后,再交给内业进行数据处理、建模和绘图,包括平面、剖面、细节图等等,最后为历史建筑建立一份完整的数字档案。

我在电脑上观赏了3D模型,不禁感叹于科技的神力。曹宅一口有孚井,建于清光绪年间。没有看过有孚井实物的人,完全可以通过电脑里的3D模型,从各个角度细细欣赏,哪怕是井壁上的浮雕花纹,也可以放大后仔细观看。

点云数据模型也很神奇,看起来具有透视效果,放大后会发现,这一面面墙、一根根柱子,全是由疏密不同的点组成。难道这就是新技术版的“聚沙成塔”?而且,模型还可以随意“切割”,观看不同剖面,并且,据此绘成一张张图纸。

根据点云数据模型绘制的剖面图

江健是市测绘院航测遥感所所长,也是本次历史建筑测绘档案编制项目负责人。他说,近几年来,数字技术正越来越多地运用到以古建筑为代表的文化遗产领域,浙江的古建筑数字化测绘工作在全国算是走在全列,而在浙江省,金华是市本级里第一个给历史建筑进行数字化测绘建档的。

给历史建筑建立数字档案有什么好处?江健说,它为后续的保护提供了基础数据参考,也方便了各类研究者随时随地开展研究。而且,万一将来需要对历史建筑进行修复时,它提供了一个可靠的参考样本。

典型的例子就是,巴黎圣母院火灾之后,修复工作提上日程。幸运的是,瓦萨大学艺术学院一位副教授已经完成了对其的数字化精确测量工作,生成的模型能够描述出巴黎圣母院最微小的细节,包括它的缺陷,误差只有大约5毫米。


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