3 基于激光数据的古建筑保护应用 

　　

 

　　

3.1 古建筑量测 

　　目前很多古代建筑缺少可用的

CAD 数据，即使建立低水平的细节 CAD 模型，也需要

借助测量和其他方法，必须进行大量耗时的，成本高昂的，而且非常困难的测量，更不用
说制作正射影像了。数字正射影像是一种既具有像片影像特征同时又具有线划地图数学、几
何与制图特征的图种。由于其包含的信息丰富、直观性强，具有可量测性，因而受到人们的
广泛关注

[5]。 

　　采用三维激光影像扫描技术，能在不损伤建筑物的条件下，快速采集古建筑物外部表
面的精确数据。通过使用软件，可以快速地为扫描获得的点云赋予相应的彩色信息，再经过
加工便制作成正射影像，向用户展示一个完全的实景彩色图像。如图

1 所示。相对于以往近

景摄影来说，正射影像具有更为精确的可量测性，古建筑设计和保护人员可以精确对门、窗、
柱、梁等构件进行测量，如图

2 所示。借助 CAD 便可以制作出用于施工的 CAD 数据图，如

图

3 所示。 

　　

3.2 古建筑三维重建 

　　古建筑三维重建的关键问题主要包括五个方面的因素，其中两点直接影响到古建筑三
维重建的真实性

[6]：

① CAD 木构件数本身存在的问题，CAD 木构件模型是早期利用

AutoCAD 软件建立的线框图，由于线框模型只有点和直线段，没有给出模型的表面信息，
因此无法得到有关表面属性的拓扑信息和几何信息，无法得到正确的几何模型信息化成为
古建筑三维重建的关键问题所在；

② 纹理材质的表现，纹理和材质的映射除了能提供逼真

的视觉感受以外，还能在一定程度上展现建筑物的风格。古建筑除了其造型独特之外，其色
彩装饰的运用也是一大特色：古代匠师们根据色彩对人们生理和心理所起的作用，采用色
彩明暗的对比和冷暖色调调和的手法来营造各种不同的色彩环境。古建筑物这种复杂的色彩
组合环境不可避免地带来了三维模型重建过程中纹理和材质映射的难度。

 

　　而基于激光数据的古建筑三维重构就是以古建筑木构架体系为知识体系，实现

“古建筑

的数字化

”，在计算机环境下从原有的无规则点云数据中高精度提取古建筑的表面特征，利

用规则的形状实现模型的表面重建，再现实际古建筑的立体轮廓和真实纹理，完成复杂古
建真三维的几何表达，使得古建筑在三维表达上完全可以避免以上提到的两个问题。所以图
4 所示为基于三维激光扫描数据进行三维重建的福州市孔庙三维模型。 
　　另外从微观上来看，古建筑还包含一些具有表面形态丰富多彩的艺术品，如石雕、砖雕、
木雕、彩画等，这部分的重建由于形态各异，在重建方面其对精确度和色彩真实性的要求更
为严格，以往的三维重建技术手法根本难以满足其要求，而利用三维激光影像扫描技术获
取到的激光数据无论在精确度还是在色彩真实性上都可以用于艺术品的精细重建。在著名的
米开朗基罗项目中，激光扫描可以精确地得到雕像的每个细节，目标点的距离测量精度实
际达到了

±0.25mm，另外还拍摄了 7000 幅的彩色数码相片用于渲染贴图，最终的大卫雕像

模型包含了

20 亿个多边形，其模型采用高密度的 Mesh 模型真实地表现建筑物中艺术品细

腻的形态

[4]。 

　　

3.3 基于激光数据的古建筑保护应用 

　　

 

　　通过对古建筑进行量测和三维重构，古建筑保护利用可以有以下几个方面：

 

　　

3.3.1 对细部和装饰残缺的或已经破坏的古建筑进行复原 

　　利用形状匹配技术，通过三维激光设备将文物数字化，通过空间曲面轮廓线的提取，
并根据轮廓线的匹配结果可实现残损文物的拼接复原。主要由曲面模型的匹配拼接、三维曲
面模型的融合和曲面的三维编辑，构造自动拼接与手工调整相结合的文物复原过程模型，