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文物保护

发布时间:2018-11-15 访问量:

三维激光扫描仪在考古遗址发掘中的应用介绍


遗址挖掘
在遗产及文物保护、文物发掘领域,三维激光扫描仪提供了全新的工具和方法来帮助我们更详尽的采集、记录相关信息,同时大量减少数据采集时间。

在文物保护过程中,文物资料的采集往往需要更详尽,这样才能有利于资料的整理保留和将来的修缮、研究。同时很多带有复杂曲面和线条的文物古迹很难用传统的测量工具进行度量,甚至很难用线画图或等高线图进行完善的记录。当采用徕卡三维激光扫描仪时,我们可以得到高精度的点云信息,结合彩色信息,可以得到尺寸精准,色彩表达逼真的立体模型。可供复制、研究、信息检索。

考虑到考古遗址中很多重要的迹象会因考古发掘工作的需要,在发掘过程中被逐步破坏掉,利用三维激光扫描仪的测绘,可以把发掘过程完整的真实场景记录下来,供后续永久保存、展示、研究的需要。

特点:
l 信息采集快速;
l 数据保存更完善、详实;
l 可实现文物在计算机中的真实再现;
l 为古迹的修缮和复制提供数据基础;
l 测绘简单,不用装备梯架就可以完成测量,减少工人劳动强度;
l 实现传统测绘手段无法操作或记录对象的测绘;
l 非接触测量,充分保护文物或发掘现场。

  通过使用三维激光扫描仪对秦俑二号坑的扫描作业,生成了二号坑的完整三维数据模型,总面积约6000平方米四个单元,东西最长处96米,南北最宽处84米,深约5米。最终完成的模型大部分精度达到2毫米,个别地方达到3毫米。

    三维数字化技术在考古和文物保护领域的应用具有重大的现实和历史意义,能够真实记录考古发掘现场,再现考古发掘前后的遗址原貌,正是基于此目的,我们对三星堆遗址的一号祭祀坑进行三维建模.

实际上,考古遗址发掘过程中所产生的各类遗迹、遗物信息,是考古学研究的重要基础.但是文物遗迹在长期的保存过程中,面临逐步自然消亡的危机.同时,考古遗址中很多重要的迹象,在发掘过程中不可避免地会有所丢失.因此,三维数字化技术更重要的是记录发掘现场原始的三维信息和纹理信息,为文物的保护和遗址的恢复建立真三维真纹理的数字模型.目前,国内主要是采用各种三维激光扫描仪、高分辨率CCD相机,GPS等仪器,实时、主动、快速获取场景的三维信息、纹理信息,并进行多源数据自动处理、模型重建、数据管理.

模型.

1 数据获取

1-1三维激光扫描仪

天宝公司的三维激光扫描仪可以快

速扫描被测物体,它的测量距离比较大,最大可达340m,平均的扫描精度可以达到±3mm,一次的扫

描精度可达2mm.扫描范围比较大,垂直方向的视角可达300°水平方向可达360°.

1-2 站点设置

由于大型场景的几何形状往往比较复杂,而激光扫描仪一次扫描的数据有限,为了获得建筑物表面全方位的点云数据,必须分多次进行数据的扫描,在不同方向不同角度进行扫描场景,获得场景完整的几何信息和纹理信息.而且在点云数据后处理时需要将不同位置扫描的三维数据转换到同一坐标系下,需要相邻站点间的数据有公共部分,以便于数据配准.因此,在扫描场景时,需要对激光扫描仪站点间的位置进行布置.

在扫描考古遗址某号坑时,首先对整个场景进行扫描,然后,每站在水平方向扫描全方位,并确保每站点之间扫描的数据有公共部分,同时注意对物体遮挡部分的扫描.

2 数据预处理

在利用三维激光扫描大型场景时,除了目标对 象外,扫描范围内的其它物体也会被扫描.因此,需要在三维激光扫描数据内去除其它物体.

由于采用天宝三维激光扫描仪获取点云数据,所以使用与之配套的Realworks软件进行主要扫描对象数据的提取,在左视图、右视图、前视图、后视图内选取主要对象外的数据,一一进行删除,最后提取主要对象.一方面可以提取目标对象;另一方面减少数据量,因为扫描的点云数据量很大,如果不进行处理,会影响计算机的运行速度.

在处理完每站点的原始点云数据后,将各站点的点云数据导出为通用格式,这样realworks软件可以读取激光扫描的点云数据.

3 数据后处理

3-1 数据配准

对于大型场景三维模型的获取需要设置十几个甚至上百个站点,由于每一次扫描的点云数据都有自己独立的空间坐标系,而要建立一个完整的三维几何模型,需要将不同视点下的数据拼合在同一坐标系.

Realworks是目前市场上最优秀的激光扫描和

点云数据处理软件.可以“一键”式拼接多站数据,做建模、线画图等功能。

图1 某考古遗址发掘数据配准建模结果

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