文化是城市的靈魂。位于老西門轄區(qū)的文廟是上海老城廂的代表建筑之一，也曾是上海各類傳統(tǒng)民俗文化廟會的舉辦地。2020年以來，上海文廟地區(qū)周邊陸陸續(xù)續(xù)開始了街區(qū)舊改拆遷項目，本次項目涉及的老西門地區(qū)就是其中的一處。上海滬敖本次項目就是對上海市老西門石庫門特色建筑的立面測繪任務(wù)。此次古建筑全面測繪，為后期歷史風貌的修復保留奠定了重要基礎(chǔ)，讓老上海地區(qū)特色的石庫門風格建筑，不會受歲月的洗刷，失去往日的風采。我們使用了有當今美譽“實景三維復制術(shù)”的三維激光技術(shù)掃描 ，對建筑所有立面進行完整完全的掃描，在根據(jù)海量準確的點云數(shù)據(jù)，按實體去繪制二維圖紙幫助修繕和歸檔，留下數(shù)字化的記憶。

三維激光掃描技術(shù)的特點

傳統(tǒng)單點測量技術(shù)獲取建筑物信息耗時長，采樣密度低，且采集的數(shù)據(jù)不夠完整，難以表現(xiàn)出歷史建筑物特有的風格與特點。三維激光掃描技術(shù)以其對目標物體的全面、高精度、全自動掃描、適合各種復雜測量環(huán)境的特點，已成為當前空間信息數(shù)據(jù)獲取的重要途徑。

作業(yè)流程如上圖

本次項目外業(yè)數(shù)據(jù)采集分為了建筑立面測繪和建筑局部裝飾三維掃描兩個部分。

 圖片來源網(wǎng)絡(luò)

建筑立面測繪使用的是天寶TrimbleX7三維激光掃描儀，使用X7對建筑外立面掃描，結(jié)合平板現(xiàn)場精細化配準，無需人工干預，完成后即可導出點云。

點擊圖片查看X7詳細介紹

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理使用Realworks點云處理軟件。

點擊圖片查看軟件詳細介紹

01點云數(shù)據(jù)拼接

采用三維激光掃描儀進行數(shù)據(jù)采集時，每一測站獲得的點云數(shù)據(jù)是獨立坐標系，需要將每一測站點云數(shù)據(jù)配準到統(tǒng)一坐標系下，形成一個整體的點云數(shù)據(jù)，此過程為點云配準。TrimbleX7自帶的平板使得使用 X7可以一邊掃描，一邊就可完成自動無目標配準和點云著色。系統(tǒng)對點云配準進行精化處理，詳細的配準報告含有測站誤差和一致性檢驗結(jié)果。

02點云去噪

點云數(shù)據(jù)采集的過程中會不可避免地掃描到建筑物以外的非目標點，這些存在的差點和錯誤點就是噪聲點。產(chǎn)生噪聲點的主要原因有三點：第一，掃描時儀器的震動及掃描儀的精度等引起的掃描儀本身的系統(tǒng)噪聲；第二，掃描物體表面的光 滑程度、材質(zhì)、顏色的反射特性引起的噪聲；第三，掃描過程中游人、居民、車輛等遮擋引起的偶然噪聲。

 03數(shù)據(jù)導出

將處理后的點云數(shù)據(jù)導 入 CAD 中，對其進行旋轉(zhuǎn)、定義工作面、裁剪等操作，繪制建筑物平面圖、立面圖、剖面圖、大樣詳圖。

（具體圖紙涉及客戶信息這邊就不放出了，用另一圖為例）

該歷史建筑物年代較為久遠，但房屋保存較完整，可以對繪制好的二維圖紙精度驗證。使用測距儀實地量取建筑物的長和寬尺寸，該歷史建筑的長和寬，圖紙尺寸與實測尺寸的差值絕對值控制在毫米級別。

建筑局部裝飾3D掃描

建筑局部裝飾的3D掃描使用高精度激光三維掃描設(shè)備Kscan Magic獲取三維點云數(shù)據(jù)，快速構(gòu)造出實體目標的三維模型及線、面、體、空間等各種數(shù)據(jù)。之后可進一步完成三維模型的構(gòu)建，實現(xiàn)建筑裝飾外形結(jié)構(gòu)信息的高精度的精細獲取與保存。

點擊圖片查看Kscan詳細參數(shù)

本項目中石庫門建筑裝飾紋理物理形態(tài)較為復雜多樣，而且項目所在地拆除工作正在進行，工期比較緊張，如何快速準確獲取三維模型成為關(guān)鍵。本案例中使用的Kscan激光三維掃描設(shè)備精度達到了0.02mm，速度高達135萬次/秒，是紅外+藍色激光計量級復合式三維掃描儀，標配五種工作模式：紅外激光大面幅掃描，藍色激光交叉高速掃描，藍色激光平行精細掃描，單束藍色激光深孔掃描，內(nèi)置全局攝影測量系統(tǒng)，適用于各種工況，提供全方面的數(shù)字化解決方案。

這里額外介紹下本次項目中沒有用到的設(shè)備ArtecLeo，作為一款帶有機載自動3D處理功能的3D掃描儀，Leo可以對難以掃描的紋理進行數(shù)字化工作，且無需在物體上標靶，因此非常適用于對表面紋理信息要求頗高的藝術(shù)、文化遺產(chǎn)項目的使用。

點擊圖片查看Leo詳細介紹

結(jié)語

本項目利用地面架站式三維激光掃描儀和手持式三維激光掃描儀，得到的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列處理后可以方便快捷地提取建筑的各種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和尺寸信息，同時掃描出來點云數(shù)據(jù)亦可導入3DS Max、 Revit等平臺，用作三維建模。得到的三維模型既有真實觀感，又有準確測量數(shù)據(jù)，交互性較強，對古建筑保護具有深遠影響。

上圖為上海文廟規(guī)劃后的效果圖

由古建筑測繪的現(xiàn)狀和研究背景可知，三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中的應(yīng)用不僅可以更有效地實現(xiàn)對古建筑的無接觸測量，為人類文明標志的古建筑建立數(shù)字檔案，實現(xiàn)古建筑的三維可視化，為今后的文物保護提供基礎(chǔ)；三維激光掃描技術(shù)不僅提高了立面測量的工作效率和數(shù)據(jù)精度，還帶動了歷史建筑存檔與原始數(shù)據(jù)留存的革命更新，真正意義上實現(xiàn)了由二維到三維空間信息的升級與突破。