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(huì)的舉辦地。2020年以來(lái)，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(xiàng)目，本次項(xiàng)目涉及的老西門地區(qū)就是其中的一處。上海滬敖本次項(xiàng)目就是對(duì)上海市老西門石庫(kù)門特色建筑的立面測(cè)繪任務(wù)。此次古建筑全面測(cè)繪，為后期歷史風(fēng)貌的修復(fù)保留奠定了重要基礎(chǔ)，讓老上海地區(qū)特色的石庫(kù)門風(fēng)格建筑，不會(huì)受歲月的洗刷，失去往日的風(fēng)采。我們使用了有當(dāng)今美譽(yù)“實(shí)景三維復(fù)制術(shù)”的三維激光技術(shù)掃描 ，對(duì)建筑所有立面進(jìn)行完整完全的掃描，在根據(jù)海量準(zhǔn)確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，按實(shí)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(diǎn)

傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)獲取建筑物信息耗時(shí)長(zhǎng)，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(fēng)格與特點(diǎn)。三維激光掃描技術(shù)以其對(duì)目標(biāo)物體的全面、高精度、全自動(dòng)掃描、適合各種復(fù)雜測(cè)量環(huán)境的特點(diǎn)，已成為當(dāng)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(xiàng)目外業(yè)數(shù)據(jù)采集分為了建筑立面測(cè)繪和建筑局部裝飾三維掃描兩個(gè)部分。

 圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)

建筑立面測(cè)繪使用的是天寶TrimbleX7三維激光掃描儀，使用X7對(duì)建筑外立面掃描，結(jié)合平板現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化配準(zhǔn)，無(wú)需人工干預(yù)，完成后即可導(dǎo)出點(diǎn)云。

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

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01點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接

采用三維激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，每一測(cè)站獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是獨(dú)立坐標(biāo)系，需要將每一測(cè)站點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到統(tǒng)一坐標(biāo)系下，形成一個(gè)整體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，此過(guò)程為點(diǎn)云配準(zhǔn)。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(dòng)無(wú)目標(biāo)配準(zhǔn)和點(diǎn)云著色。系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)云配準(zhǔn)進(jìn)行精化處理，詳細(xì)的配準(zhǔn)報(bào)告含有測(cè)站誤差和一致性檢驗(yàn)結(jié)果。

02點(diǎn)云去噪

點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中會(huì)不可避免地掃描到建筑物以外的非目標(biāo)點(diǎn)，這些存在的差點(diǎn)和錯(cuò)誤點(diǎn)就是噪聲點(diǎn)。產(chǎn)生噪聲點(diǎn)的主要原因有三點(diǎn)：第一，掃描時(shí)儀器的震動(dòng)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(guò)程中游人、居民、車輛等遮擋引起的偶然噪聲。

 03數(shù)據(jù)導(dǎo)出

將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo) 入 CAD 中，對(duì)其進(jìn)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(yuǎn)，但房屋保存較完整，可以對(duì)繪制好的二維圖紙精度驗(yàn)證。使用測(cè)距儀實(shí)地量取建筑物的長(zhǎng)和寬尺寸，該歷史建筑的長(zhǎng)和寬，圖紙尺寸與實(shí)測(cè)尺寸的差值絕對(duì)值控制在毫米級(jí)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(diǎn)云數(shù)據(jù)，快速構(gòu)造出實(shí)體目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種數(shù)據(jù)。之后可進(jìn)一步完成三維模型的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)建筑裝飾外形結(jié)構(gòu)信息的高精度的精細(xì)獲取與保存。

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本項(xiàng)目中石庫(kù)門建筑裝飾紋理物理形態(tài)較為復(fù)雜多樣，而且項(xiàng)目所在地拆除工作正在進(jìn)行，工期比較緊張，如何快速準(zhǔn)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(dá)到了0.02mm，速度高達(dá)135萬(wàn)次/秒，是紅外+藍(lán)色激光計(jì)量級(jí)復(fù)合式三維掃描儀，標(biāo)配五種工作模式：紅外激光大面幅掃描，藍(lán)色激光交叉高速掃描，藍(lán)色激光平行精細(xì)掃描，單束藍(lán)色激光深孔掃描，內(nèi)置全局?jǐn)z影測(cè)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(xiàng)目中沒有用到的設(shè)備ArtecLeo，作為一款帶有機(jī)載自動(dòng)3D處理功能的3D掃描儀，Leo可以對(duì)難以掃描的紋理進(jìn)行數(shù)字化工作，且無(wú)需在物體上標(biāo)靶，因此非常適用于對(duì)表面紋理信息要求頗高的藝術(shù)、文化遺產(chǎn)項(xiàng)目的使用。

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結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)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(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)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(shí)掃描出來(lái)點(diǎn)云數(shù)據(jù)亦可導(dǎo)入3DS Max、 Revit等平臺(tái)，用作三維建模。得到的三維模型既有真實(shí)觀感，又有準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)，交互性較強(qiáng)，對(duì)古建筑保護(hù)具有深遠(yuǎn)影響。

上圖為上海文廟規(guī)劃后的效果圖

由古建筑測(cè)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(cè)繪中的應(yīng)用不僅可以更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑的無(wú)接觸測(cè)量，為人類文明標(biāo)志的古建筑建立數(shù)字檔案，實(shí)現(xiàn)古建筑的三維可視化，為今后的文物保護(hù)提供基礎(chǔ)；三維激光掃描技術(shù)不僅提高了立面測(cè)量的工作效率和數(shù)據(jù)精度，還帶動(dòng)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(shí)現(xiàn)了由二維到三維空間信息的升級(jí)與突破。