當前位置:首頁 > 工程案例

徠卡三維激光掃描系統在文物?;ぶ械撓τ?/h2>

hg体育 www.dezjqm.com.cn 一、 三維激光掃描技術的發展

三維激光掃描技術又稱作“高清晰測量(High Definition Surveying,HDS)”,它是利用激光測距的原理,通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標信息和反射率信息,將各種大實體或實景的三維數據完整的采集到電腦中,進而快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據。結合其他各領域的專業應用軟件,所采集點云數據還可進行各種后處理應用。
徠卡的三維激光掃描系統一直走在行業的前列,至今已經走過了十幾年的歷程。1995年推出世界上第一個三維激光掃描儀的原型產品,1998年推出了第一臺三維激光掃描儀實用產品Cyrax 2400,掃描速度100點/秒;2001年推出第二代產品Cyrax 2500,掃描速度增加到1000點/秒;2004年,推出結合了徠卡先進全站儀技術的第三代產品HDS 3000,掃描速度達到2000點/秒。最新一代的產品中,脈沖式的ScanStation2的掃描速度達到50000點/秒,相位式的HDS 6000掃描速度達到500000點/秒。
目前,三維激光掃描技術主要應用領域包括文物古跡?;?、建筑、規劃、土木工程、工廠改造、室內設計、建筑監測、交通事故處理、法律證據收集、災害評估、船舶設計、數字城市、軍事分析等。

二、 三維激光掃描系統的原理和組成

目前徠卡三維激光掃描儀包含兩種類型的產品:脈沖式與相位式。脈沖式掃描儀在掃描時激光器發射出單點的激光,記錄激光的回波信號。通過計算激光的飛行時間,來計算和目標點與掃描儀之間的距離。相位式掃描儀是發射出一束不間斷的整數波長的激光,通過計算從物體反射回來的激光波的相位差,來計算和記錄目標物體的距離。這樣連續的對空間以一定的取樣密度進行掃描測量,就能得到被測目標物體的密集的三維彩色散點數據,稱作點云(PointCloud)。
徠卡三維激光掃描系統包括掃描儀和一體化的處理軟件Cyclone。徠卡的三維激光掃描儀是目前同類產品種掃描速度最快,精度最高的產品。除了提供硬件,徠卡還研發了一體化的處理軟件Cyclone。Cyclone包含了數據采集、拼接、建模、紋理貼圖和數據發布幾大功能???。此外,徠卡還提供了基于CAD的插件CloudWorx,可以讓用戶在常見的CAD系統中充分利用現有的CAD人員和技術對點云進行處理。

三、三維激光掃描成果形式

三維激光掃描技術應用于文物?;ち煊?,其提交的成果形式主要有如下幾類:
1. 原始點云數據
點云數據是實際物體的真實尺寸的復原,是目前最完整、最精細和最快捷的對物體現狀進行檔案保存的手段。點云數據不但包含了對象物體的空間尺寸信息和反射率信息,結合高分辨率的外置數碼相機,可以逼真的保留對象物體的紋理色彩信息;結合其他測量儀器諸如全站儀、GPS,可以將整個掃描數據放置在一定的空間坐標系內。通過Cyclone軟件,我們可以在點云中實現漫游、瀏覽和對物體尺寸、角度、面積、體積等的量測,直接將對象物體移到電腦中,利用點云在電腦中完成傳統的數據測繪工作。
2. 線畫圖件
作為傳統文物測繪尤其是建筑文物測繪的成果之一,是各種的測繪圖件,包括平面圖,立面圖和剖面圖等。這些圖件可以表示建筑物內部的結構或構造形式、分層情況,說明建筑物的長、寬、高的尺寸,門窗洞口的位置和形式,裝飾的設計形式和各部位的聯系和材料等。利用點云數據,在CAD中使用Cloudworx插件,可以方便的做出所需相應圖件。
3. 發布在網絡上的點云數據
利用徠卡Cyclone軟件中的發布??楹蚑ruView軟件,掃描的點云可以發布在互聯網上,讓遠端用戶通過互聯網有如置身于真實的現場環境之中。發布的點云不但可以網上瀏覽,還可以實現基于互聯網的量測、標注等。對于一些不宜長期向公眾開放的文物景點,可以滿足公眾的網上虛擬瀏覽的需求。
4. 文物模型
徠卡三維激光掃描儀比較適用于古典建筑和佛像、雕塑、壁畫等的掃描。掃描的數據可以利用Cyclone或其他第三方軟件進行建模,構建mesh格網模型,再通過紋理映射或是導入到其他三維軟件中進行紋理貼圖,最終得到文物的數字化的模型。

四、三維激光掃描技術在文物?;ち煊虻撓τ?/p>

文物記載著一個國家和民族特定時期政治、經濟、文化的發展過程。文物是不可再生的,也不是永生的。隨著時間的流失和人類活動的影響,文物不斷遭到侵蝕和破壞,如何采用新技術在不損傷文物的前提下讓人類瑰寶長久保存已經成為全球性的課題。由于三維激光掃描技術具有不用接觸被量測目標、掃描速度快、點位和精度分布均勻等特點,在國內外的文物?;ち煊蛞丫辛撕芏嚶τ煤統曬Π咐?。
徠卡三維激光掃描系統自2000年進入中國,作為一項實用高效的測量手段和技術,立刻得到了國內廣大測繪科技人員和文物?;すぷ髡叩墓刈⒑頹囗?,徠卡HDS也先后參與了多項大型的文物?;すこ?。 參與的主要項目列表如下:

OFP31XYBX7@QW_KTF_HSG{W

雖然徠卡HDS三維激光掃描系統在國內的文物?;びτ梅矯嬡〉昧順醪降某曬?,但事實上它的應用還要廣泛的多,還需要廣大的文物?;と嗽苯徊降姆⑾趾屯誥?。作為行業的領導者,長期以來,徠卡測量系統已經與眾多中國用戶建立起了長期的合作關系。今后,徠卡測量系統還將繼續以客戶需求為導向,不斷地改進HDS產品品質和服務,始終以領導三維激光掃描技術的發展和與用戶一起進步為自己的使命。

用戶評價:


“秦俑二號坑遺址的數字化工程,證明采用三維激光掃描技術用于測量數據采集和處理是可行的。徠卡HDS三維激光掃描儀具有精度高、速度快的特點,是獲取高清晰測量數據的有效手段;在大規模測量數據處理方面,徠卡三維數據處理軟件在拼接和建模方面也有其獨特的優勢?!?/p>

西安四維航測遙感中心總工程師 陳光裕

“在故宮太和殿的測量工作中,我們利用徠卡HDS3000三維激光掃描儀掃描太和殿外部,用HDS4500掃描其內部,并將內外數據拼接,成功得到了整個太和殿的三維測量數據,從拼接后的精度來看,能夠滿足我們對測量數據的精度要求。徠卡HDS高清晰測量系統取代了傳統古建筑測量的一些手段,是測量新技術的體現?!?/p>

北京建筑工程學院測繪工程系 王晏民教授