探討近景攝影測量新技術(shù)在古建筑領(lǐng)域的應用

1、<p>　　探討近景攝影測量新技術(shù)在古建筑領(lǐng)域的應用</p><p>　　摘要：文章介紹了采用攝影測量軟件、數(shù)碼相機、CAD、PC機等來建立復雜構(gòu)件的DSM。論述了創(chuàng)建古建筑表面構(gòu)件的3維模型有效方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字近景攝影測量；數(shù)字表面模型 </p><p>　　在古建筑領(lǐng)域中，對古建筑的重建或保護工作可以采用構(gòu)建建筑物構(gòu)件的三維模

2、型。在這項工作中，用常規(guī)的方法很難構(gòu)件表面復雜、外形奇特的建筑構(gòu)件DSM。所以，準確而迅速地建立古建筑構(gòu)件的DSM就顯得特別關(guān)鍵。文章中探討了一種非常有效的方法，該方法采用數(shù)字近景攝影測量，采用數(shù)碼相機將建筑物構(gòu)件的數(shù)字影像進行獲取，構(gòu)件的3維坐標使用攝影測量軟件PhotoModeler進行獲取，最后將坐標轉(zhuǎn)入AutoCAD創(chuàng)建建筑構(gòu)件的DSM。 </p><p>　　1、 數(shù)字近景攝影測量以及獲取數(shù)據(jù) <

3、/p><p>　　根據(jù)攝影機在攝影時所處位置不同，攝影測量可分為航天攝影測量、航空攝影測量和地面攝影測量。根據(jù)所應用的領(lǐng)域不同它還可分為非地形攝影測量和地形攝影測量。在根據(jù)其技術(shù)處理方法的不同，還可分為數(shù)字攝影測量、解析攝影測量和模擬攝影測量。測量不受地理條件和氣候的限制，不需接觸物體本身，攝像的形象直觀、信息豐富，是客觀物體的真實反映。人們能夠通過攝影獲得物體的大量物理信息和幾何信息。攝影測量可以利用在對物體拍攝的

4、瞬間的影像進而完成測量的工作，這種工作是使用常規(guī)方法難以實現(xiàn)的。攝影測量可以生產(chǎn)出數(shù)字正攝影、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃圖、紙質(zhì)地形圖等。它產(chǎn)品形式多種多樣，成圖效率高、速度快。適合于大范圍的地形、建筑測繪工作。 </p><p>　　攝影測量的發(fā)展歷史悠久。目前，半自動或自動的數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)被廣泛地應用與古建筑、古文物領(lǐng)域中，是方便、快捷且強有力的一種工具。數(shù)字近景攝影測量技術(shù)還具備了很大的靈活性和潛力。它能

5、夠在古建筑、古文物的資料記錄、研究、維護、修復、重建等各種工作中發(fā)揮出重要作用。這種數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)具有不同的實際情況和用途的功能選擇，該系統(tǒng)包括成果輸出、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)獲取的設(shè)備和軟件，一臺數(shù)碼照相機就是數(shù)據(jù)獲取設(shè)備，它可以對物體影響數(shù)據(jù)進行獲取。以Windows平臺為基礎(chǔ)，PhotoModeler軟件利用了數(shù)字攝影測量的方法與原理，它可以從N張像片中飛速獲取大量的細節(jié)來進行3維測量數(shù)據(jù)的提取。PhotoModeler軟件的作業(yè)流

6、程可以參照圖所示。 </p><p>　　2、AutoCAD </p><p>　　國內(nèi)目前使用最廣泛的計算機輔助繪圖軟件包就是AutoCAD，它具有完全開放的結(jié)構(gòu)，具備強大的圖形編輯與創(chuàng)造功能，被廣泛地應用于制圖、工業(yè)制造、機械、建筑等方面。AutoCAD提供了C語言開發(fā)系統(tǒng)、AutoLISP編輯語言、樣板圖、線型、圖案、菜單等多種多樣的二次開發(fā)工具。這些工具有助于CAD用戶根據(jù)實際的需

7、要開發(fā)、拓展、擴產(chǎn)其功能。AutoCAD還能夠通過鑲嵌和對象鏈接與文字處理軟件或圖形圖像處理軟件進行數(shù)據(jù)信息的交換，這就對其使用領(lǐng)域以及應用功能進行了有效的擴展。在處理3維圖像時，AutoCAD提供了實心體造型建模技術(shù)以及表面與線框描述建模技術(shù)這兩種立體建模技術(shù)。實心體造型建模技術(shù)采用簡單3維物體切割、求交、求合等構(gòu)成復雜的立體模型，它通過了復雜的計算，因為對后續(xù)編輯工作的要求較高，所以對計算機的要求也高，雖然數(shù)據(jù)量龐大，但是工序步驟簡

8、單。表面與線框描述建模技術(shù)對物體的線框架進行建立，再對物體的表面進行構(gòu)面，用以創(chuàng)建立體模型。這種技術(shù)雖然比較直觀，但是工序步驟較繁瑣。在實際作業(yè)中，要按照構(gòu)件的不同情況來選擇有效、簡潔的建模技術(shù)。3維圖形與AutoCAD的二維圖形相比較，處理能力較弱。</p><p><b>　　3、 實例說明 </b></p><p>　　古建筑的構(gòu)件通常具有表面復雜、外型奇特等特

9、點，這些特點對建筑物整體外觀的作用非常重要。采用CAD和近景攝影測量的方法對3維模型進行創(chuàng)建。在建立寶頂蓮花構(gòu)件DSM時，寶頂上蓮花由八片蓮花瓣構(gòu)成，蓮花中座高288毫米，上圓直徑1080毫米，底面內(nèi)徑757毫米，其主體形狀為圓形。在蓮花構(gòu)件的表面做上標志，在天氣好的條件下，在不同的位置，保持一米左右的攝影距離，使用預先檢驗過的數(shù)碼相機攝取百分之百重疊的八張像片。在蓮花構(gòu)件上采用鋼尺準確進行測量，具體測量不得少于一個長度。如果像片的現(xiàn)場

10、質(zhì)量達不到滿意程度可重新進行拍攝。完成拍攝后，將影像數(shù)據(jù)傳入計算機中，用Adobe Photoshop軟件等圖像處理軟件對影像進行增強色彩、增強邊緣、分割影像、編輯處理等工作，最后存入工程影響目錄中。采用PhotoModeler軟件時，先從影像目錄里選出六張影像，進行攝影測量處理。提供相機的參數(shù)信息，進行影響匹配。標定像片上所有的待定點，并提供一個距離進行相對控制。當獲取到多片同名點像方坐標時，再利用程序進行光束法平差計算得出各個待定點

11、的3維坐標。用DXF格式文件保存處理的結(jié)果。在AutoCAD中，根據(jù)蓮花的高度</p><p>　　例如：古建筑的屋頂有一個鴟吻，在佛教中鴟吻是雨神的座物，在古建筑中是大殿正脊兩端的裝飾物，它的形狀像是一條魚尾。在建立鴟吻構(gòu)件DSM時，用筆在鴟吻上做標志，為取得足夠多的相互重疊影像，必須使用數(shù)碼相機對它進行近距離的圍繞攝影。完成攝影后，在計算機中輸入原始數(shù)據(jù)。與寶頂蓮花DSM時相同，用Photoshop軟件對其進

12、行處理后，存入工程影像目錄中。其攝影測量的處理應使用PhotoModeler軟件。從工程影像目錄中選出六張影像，標定像片上所有的待定點，提供相機的參數(shù)信息以及基座尺寸，測量像方坐標并進行影像的匹配，通過PhotoModeler程序計算光束法平差，獲得各個待定點的3維坐標，最后，以DXF格式的文件來保存處理的結(jié)果。在AutoCAD中整理、編輯數(shù)據(jù)，構(gòu)面連線后，創(chuàng)建鴟吻構(gòu)件DSM。 </p><p>　　在古建筑中，

13、懸魚起到保護脊?的作用，同時它還是懸山結(jié)構(gòu)古建筑物的山面裝飾物。與蓮花、鴟吻不同，懸魚類構(gòu)件的總體呈平面的表面上有許多復雜的藝術(shù)浮雕，所以就不能夠用常規(guī)的方法對其進行測繪。建立懸魚構(gòu)件DSM必須采用下列方法：a.采用AutoCAD3維建模技術(shù)來對懸魚立體框架模型進行建立。b.對懸魚進行正直攝影，并將拍攝的數(shù)字影像輸入計算機。c.處理拍攝的數(shù)字影像，增強其色彩，改變圖像的大小等。d.將圖像傳入AutoCAD，用3維和二維的圖形編輯功能對所

14、要表達的細節(jié)浮雕花紋進行描繪和編輯。最后創(chuàng)建細節(jié)模型。e.對懸魚的細節(jié)模型和框架模型進行套合以及三位編輯，最終構(gòu)成懸魚DSM。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　在嚴格的控制數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，搭配高精度的數(shù)碼相機，會更好地體現(xiàn)出PhotoModeler-AutoCAD-DSM方法的作用。在獲取古建筑工程中的復雜表面構(gòu)件模型時，逼真地表

15、現(xiàn)出構(gòu)件的藝術(shù)造型。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]徐樹奎，張軍，涂丹，李國輝.繼承顛覆與超越――計算攝影[J].計算機研究與發(fā)展，2012（1）. </p><p>　　[2]周乾，閻維明.CFRP加固古建筑榫卯節(jié)點抗震試驗[J].東南大學學報，2011（2）. </p><p