三维扫描测量在文保数字化及修复中的关键技术研究与应用开题报告

1. 研究目的与意义

三维激光扫描技术是一种利用光进行目标探测和测距的技术，它可以直接获取被测对象表面点的三维坐标实现对被测物信息的提取，最终完成三维场景的重建。　　第一个具有现代意义的激光扫描系统是20世纪90年代美国俄亥俄州立大学制图中心（cmp）开发的gps van，它可以自动和快速地采集陆地测量系统的直接数字影像;之后，加拿大卡尔加里大学和geofit公司为实现高速公路的测量而设计开发了vista系统，它是一个机载激光扫描系统应用的实例;荷兰测量部门自1988年对通过地面固定激光扫描测量技术提取地形信息的技术进行了研究;日本东京大学1999年进行了地面固定激光扫描系统的集成与试验，并取得了良好效果。　　 三维激光扫描技术的构成包括电子技术、全球定位系统及其相关软件等。

我国历史悠久，文化遗产众多，其中文物是中重要的一部分。文物是不可再生资源，并且文物在出土后也难于长久保存。文物的数字化保护技术的出现，为文物保护开辟了新的途径。在文物的数字模型基础上，可以进行虚拟展示、文物修复、文物检索等研究，为文物的共享、传播与研究提供了便利方式。近年来三维扫描技术迅速发展，三维扫描数据的精度和速度都有很大的提高，并且三维扫描设备也越来越轻便，使得三维扫描技术的应用从工业制造、医学、娱乐等方面扩展到文物修复方面。国外最为著名的有斯坦福大学的“米开朗项目”，该项目包括著名的大为雕像在内的10座雕塑数字化。国内文物数字化项目主要有：故宫博物院与日本凸版印刷株式会社合作的数字故宫项目；浙江大学开发的敦煌石窟虚拟漫游与壁画复原系统；秦兵马俑博物馆与先四维航测遥感中心合作的“秦俑博物馆二号坑遗址三维数字建模”项目等。

三维激光影像扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继gps空间定位系统之后的又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，以被测对象的采样点（离散点）集合-称之为“点云”的形式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。

2. 研究内容和预期目标

本课题的主要研究内容是利用近年来广泛采用的三维激光扫描仪进行逆向工程的新技术，采用高精度的三维激光扫描仪对一测绘实体（文物）进行三维重建。通过三维激光扫描测量采集数据、三维建模（点云上特征点提取）、内业数据“点云”处理、对残缺部分进行数字修复，在三维模型上进行三维可视化制作，实现三维重建。

1、通过对手持式三维激光扫描仪的认识和使用，了解三维激光扫描技术的应用。

3. 研究的方法与步骤

选取古城苏州的一处文物古迹，对一文物进行三维激光扫描测量，对所获的“点云”进行处理、研究，并通过提取特征点、特征面，应用三维激光扫描测量内业软件对“点云”数据进行处理，在3d软件进行逆向工程三维重建，对残缺部分进行数字修复,对其进行三维可视化表达，并对建模系统进行三维立体打印制作。

步骤如下：

1.制定三维扫描测量计划包括测量的路线设计、扫描的精度以及站位及靶标设计。

4. 参考文献

[1]吴玉涵,周明全. 三维扫描技术在文物保护中的应用[j]. 计算机技术与发展,2009,09:173-176.

[2]惠增宏. 激光三维扫描、重建技术及其在工程中的应用[d].西北工业大学,2002.

[3]白成军. 三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用及相关问题研究[d].天津大学,2007.

5. 计划与进度安排

第一阶段（前期研究阶段）2022年3月14日至2022年3月27日（二周）

熟悉开发软件，熟练掌握三维激光扫描内业处理软件，以及cad、三维建模设计平台软件的使用方法，掌握在三维激光扫描下实现对测绘工件数字化三维重建方法。阅读相关书籍、参考资料。到建筑学院李兆堃老师处学习手持三维激光扫描仪的使用。