古建筑数字化保护关键技术研究

论文摘要

中国的一些古代建筑或是以古建筑风格为主的近现代建筑是中国历史的重要见证,也代表了中国建筑的继承与发展,保护这类风格的建筑,也就是保护中国的历史,是现代人义不容辞的任务。随着激光测绘技术、计算机虚拟技术的快速发展,三维激光扫描技术与虚拟现实技术在此基础上亦得到了快速发展。传统的古建筑保护方式主要通过人工方式来测绘构图等,由于需要大量人力、物力及时间且在客观上容易在保护过程中造成对古建筑的损坏。三维激光扫描技术的非接触性,精确性、快速性,和虚拟现实技术的互交性等特点,使得引入三维激光扫描技术与虚拟现实技术用于保护古建筑成为一种客观需求。国内外对此亦有几十年的理论及实际研究。由于古建筑的特殊性,古建筑利用三维激光扫描系统扫描的点云数据,在一定情况下,会出现大量“黑洞”,在此种情况下如何数字化保护,研究方式方法很少。利用虚拟现实技术对古建筑现状保护而非复原的研究亦然很少。另一方面古建筑的数字化保护系统很少出现,其中的关键技术研究具体方式方法还没有统一的规范。本文以河南大学大礼堂为例,利用三维激光扫描系统,对其进行扫描,得到点云数据,通过对点云数据的处理,在虚拟现实软件中构建出精确的虚拟大礼堂,从而用于在后续研究中对大礼堂数字化保护系统开发的工作。主要研究内容有:三维激光扫描系统在河南大学礼堂上的应用。根据实际情况,选取大礼堂内外共16个站点(内外部各8个)进行三维扫描。点云数据的预处理及点云模型的建立。使用polyworks对点云数据预处理及拼接及模型生成,其后利用虚拟软件对模型进行修补。构建虚拟大礼堂的空间数据库,将大礼堂分割,分块处理,确定每一块的具体属性。虚拟大礼堂的漫游系统实现和数字化保护技术研究,还原了大礼堂初始的建筑设计图。研究成果与创新点主要有:1.大礼堂点云数据在受到客观现实影响下,具有部分点云数据噪声点及“黑洞”情况下利用虚拟现实软件的建模方式与方法。2.基于点云数据来建立大礼堂三维模型构建,该方法突破传统虚拟建模基本靠影像资料等建模的局限,与影像资料建立的大礼堂三维模型整合研究,用于数据量优化。3虚拟大礼堂模型任意剖面图制作方法的研究。以任何方向、任何角度来对虚拟大礼堂进行剖面观察,用于还原大礼堂建筑设计图。4提出建立大礼堂空间数据库的思路与方法。方便大礼堂的管理于研究,同时空间数据与属性数据的结合,为后续河南大学近现代建筑群数字化保护系统的建立提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 古建筑保护的意义
• 1.1.2 古建筑传统修复方式
• 1.1.3 三维激光扫描技术对古建筑保护的意义
• 1.1.4 虚拟现实技术对古风建筑保护的意义
• 1.2 研究案例介绍
• 1.3 数字化保护技术概述
• 1.3.1 三维激光扫描技术
• 1.3.2 虚拟现实技术
• 1.3.3 空间数据库
• 1.4 研究思路与技术路线
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 论文章节结构
• 第二章 古建筑数字化保护技术研究现状
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.2 三维激光扫描技术
• 2.3 空间数据
• 2.4 本章小结
• 第三章 点云数据采集及数据处理
• 3.1 三维激光扫描设备
• 3.2 研究区三维激光扫描预备工作
• 3.3 点云数据的预处理及模型拼接
• 3.4 模型构建
• 第四章虚拟大礼堂建设及功能体现
• 4.1 虚拟现实技术软件介绍
• 4.2 点云数据的格式转换及在虚拟软件中的再造
• 4.2.1 点云数据的格式转换
• 4.2.2 虚拟大礼堂的建立
• 4.3 虚拟大礼堂漫游
• 第五章 古建筑空间数据库
• 5.1 古建筑空间数据库构成
• 5.2 古建筑空间数据库查询设计
• 第六章古建筑的数字化保护案例
• 6.1 古建筑数据库建设
• 6.2 古建筑建筑设计图
• 6.3 古建筑数字化保护系统的设计方案研究
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考资料
• 附录