张旭东
15020519910403**** 长安大学
摘 要
中国的一些古建筑被研究者认为是中国历史的重要见证，中国建筑的继承与发展被古建筑所代表着。保护这种建筑风格的目的是使得中国的历史能够被有效的保留并使其保持现代化，被研究者认为是必不可少的工作。随着激光测绘技术和虚拟计算机技术被不断地革新发展，三维激光扫描技术也因此被得到了质的提升。传统的保护古建筑的方法需要大量的人力，物力和时间，以人工方法研究和绘制原理图，而且在保护过程中无法使得古建筑的完整性能够被得到全面的保障。
关键词：古建筑；测绘技术；三维激光扫描
1 理论基础
1.1古建筑保护、维修、修缮测绘
由于历史文化遗产价值的独特性和破坏后价值的不可逆性，古代建筑遗产的保护已被认为是一个重要问题，准确测量，深入调查研究被认为是现代测绘中不可或缺的部分。由于多年的降水以及自然和人为因素（例如风和日光）的影响，古建筑在数百年或几千年的历史中总是会在无形之中被受到各种破坏。因此，对古建筑的规划和保护被认为是非常重要的。对建筑物进行测量并绘制图标，充分了解损坏程度，绘制地图，建立建筑物信息数据库，并指出非常重要的内容。使得保障措施能够被有效的提供以确保其价值不被损害或损害最小化，并且必须起草相应的指导文件以指导其未来的开发和应用。
1.2古建筑变形测绘
由于古建筑存在时间长，由于各种因素的综合影响，改造是不可避免的。古建筑的变形通常包括建筑物周围地面的变形和建筑物本身的变形，后者主要是由建筑物的外部载荷和内部应力共同作用引起的。允许在一定范围内变形，但是当变形值超过指定的阈值和范围时，建筑物的各个部分都会被发生无法控制的不均匀地沉降，从而使得结构变形会被发生，使得整体建筑物倾斜。这将对古建筑的使用，保存和价值转移构成潜在的风险，在严重的情况下甚至可能损坏建筑物。因此，为了让古建筑能够被得到全面的保护并传播其价值，有必要追踪变形，研究变形的原因和机理，使得变形的速度和规律能够被全面的分析研究，使得建筑变形预测工作能被以最科学严谨的方式完成，以防止出现问题并有力地确保建筑的保护和管理。
2 古建筑传统修复方式分析
在传统的古建筑测量和维护中，标尺，参考点，钢尺，水平仪等被认为是传统的修复方式，会通过手动测量，肉眼观测的方式所被全面的完成。测量方法主要是“点对面”。即，选择少量的组件用于测量和绘制。另外，测量高层建筑物会使得测量的有效性和准确性无法能够被得到全面的保障，而且会古建筑会被发生一定程度的踩踏破坏，而且无法被使用于复杂的建筑物的测绘工作。在测绘技术被不断进步的今天，全站仪，短程摄影测量法和GPS等先进技术已被有效用于建筑测绘服务，并且测量结果仍高度依赖于个人数据，测绘人员的经验和现场判断，对特殊形状的组件的空间特性的准确描述并不令人满意，并且由于古建筑的接触和践踏，这种方法仍然是完全不可避免的，因为它不能完全满足对古建筑的保护要求，使得古建筑的历史性无法能够被完全的保护。
3 现代三维激光扫描技术分析
3.1工作原理
三维激光扫描技术被界定为通过激光测量技术的进步而形成的技术，距离信息可以通过测量激光脉冲从物体反射回来的时间来获得。由于激光的非色散性，物体的激光测量精度非常高。根据实际情况，激光可以被用来测量地球到月球的距离，可以看到该距离可以精确到一厘米以上。激光还可以被用于同时扫描和测量物体的距离，还可以使得水平方位角和垂直高度角能够被准确的测量出来，使激光的水平距离和垂直高度进行三角测量，以击中对象上的特定点。根据测量的角度和距离，可以在扫描系统中定义的三维直角坐标系中计算每个点的坐标，通过以恒定的采样密度连续扫描和测量空间中的物理对象，可以相对于空间放置被测对象，以上被界定为三维激光扫描技术的技术原理。
3.2 作业流程
不同的古建筑图纸和测量结构使用不同的技术和方法。
结合三维激光扫描在古建筑的制图和测量中的优势，使用地面三维激光扫描仪进行古建筑的测绘工作通常是要被执行以下工作。
（1）实地调查和扫描计划的制定
在进行扫描操作之前，必须首先前往现场进行实地调查，根据扫描操作的要求，建筑物的形态特征和空间布局，确定扫描位置，目标和控制点的位置以及制定详细的操作计划。
（2）准备测绘设备
根据既定的操作计划，提前准备所有必要的设备。
（3）数据收集
要准确的选择位置设置扫描仪，对准目标，并设置各种扫描仪参数进行扫描。连接到激光扫描仪的数码相机用于收集照片，以提供与扫描的点云数据相对应的纹理信息。您还可以使用手持数码相机收集详细的照片，然后在专业软件中记录点云数据。
（4）3D模型构建
基于点云数据的3D重建技术是计算机图形学，虚拟现实，计算机视觉和其他领域的研究领域，主要是将图形和图像中记录的3D对象的几何信息还原到点云中的方法。它可以被有效地显示在计算机上，使定量分析，显示和处理工作能够被高效的完成。生成的模型可以被用来进行仿真和虚拟现实还原，变形监视等，并且可以转换为各种工程图，结构图，剖面图等。
3.3 三维激光扫描技术用于古建筑测绘的优势
三维激光扫描技术可以快速，大规模地从一个空间点收集信息，使得物体的三维图像模型能够被最科学的建立出来。三维激光图像扫描仪相对较小且方便，准确，高效，安全，稳定且可操作，能够在数分钟内生成要研究区域的详细，准确的3D图像，并提供准确的定量分析。可以深入到复杂的现场环境中进行扫描任务，直接从计算机收集各种对象的3D数据，然后快速重建对象，点，线，面，对象等的3D模型。同时，对3D建模数据进行后处理后收集的所有3D点云数据所需的各种空间数据都可以通过标准接口格式直接转换为各种工程软件，并可以直接使用。三维激光扫描技术被认为是继GPS空间定位技术之后的另一项测绘技术革命。该技术的出现使得传统的单点测量模式被全面的打破，并促进了使用三维表面测量模式恢复对象表面节点属性的技术的发展。三维激光扫描技术可以快速获取研究对象的3D坐标数据，并且点云文件可以通过坐标测量，切片探索，表面处理和3D建模来满足文化保护研究工作的需求。数据模型也可以被有效地发布在互联网上，远程用户可以通过网络体验虚拟现实场景。在测量和绘制古建筑的地图时，与单点3D数据收集方法和近场摄影测量法相比，3D激光扫描技术具有独特的优势。
结论
我国被认为是一个有着悠久文化历史的国家，所以在我国有许多的古建筑需要被得到全面的保护。在当今的信息时代，对古建筑进行数字保护是一项艰巨的任务，任重道远。以三维激光扫描系统为核心，对古建筑进行数字保护将是主要方法，基于点云数据的虚拟建模软件突破了基于图像数据的传统建模方法，减少了对点云的整体依赖，并带来了对古建筑进行数字保护的新概念。将来更加需要将结合三维激光图像扫描系统和计算机虚拟现实技术，进一步使得古建筑的数字保护技术能够被不断的发展，改善对古建筑的测绘环境要求，使得更加完善的数字保护系统能够被设计出来。
参考文献
[1]原玉磊.三维激光扫描应用技术研究[D].郑州:解放军信息工程大学，2019.
[2]沈剑.三维激光扫描重建技术探讨与分析[D].南昌:东华理工大学，2019.
[3]杨育桢.数字近景摄影测量在古文物三维重建中的应用研究[D].西安:西安科技学，2019.