古建筑數(shù)字化及三維建模關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、相對于我國古代先進(jìn)的建筑技術(shù)成就，我國在古建信息化方面還比較落后，急需利用現(xiàn)代信息技術(shù)對古建保護(hù)和開發(fā)進(jìn)行探索和研究。本研究以國家自然科學(xué)基金項目“文物三維模型的語義標(biāo)注與本體檢索技術(shù)研究”項目(60873094)和國家863項目“三維模型智能處理與檢索平臺”(2008AA012301)為背景，針對獲取古建筑資料的人工測量、激光掃描和二維影像三大方式，研究了工程結(jié)構(gòu)3D模型、點云數(shù)據(jù)3D模型和二維影像形成3D模型重建的關(guān)鍵技術(shù)，取得了一

2、定的成果，論文主要研究進(jìn)展如下：
　　 1.提出并建立古建筑常用3D構(gòu)件庫框架體系。針對古建筑工程結(jié)構(gòu)3D模型重建直接繪圖作業(yè)量巨大且重復(fù)工作多的問題，通過研究古建筑形制化集成的特點，提出了以斗口模數(shù)十一等材(一營造寸)為基礎(chǔ)模數(shù)，建立一個通用性較強的古建筑常用3D構(gòu)件庫框架體系。并在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了構(gòu)件庫可視化應(yīng)用接口。為配合構(gòu)件組合后的復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的顯示速度，研究了構(gòu)件庫模型的不同形式，為古建筑三維工程模型的快速重建奠定了基

3、礎(chǔ)。
　　 2.提出了一種參數(shù)化的古建筑工程結(jié)構(gòu)3D模型重建方法。該方法以古建筑測繪圖紙為出發(fā)點，研究了古建筑圖紙中的實體元素語義，尺寸標(biāo)注語義，圖樣信息的隱含語義的描述方法，獲得相關(guān)參數(shù)，并以此參數(shù)調(diào)用三維構(gòu)件庫中的三維構(gòu)件，從而實現(xiàn)古建筑三維工程模型的快速重建。該方法建立了工程級別的精細(xì)矢量三維模型，完整重建了古建筑的外形和內(nèi)部工程結(jié)構(gòu)關(guān)系，為古建筑的重建、修復(fù)提供了新的技術(shù)手段。并以典型單檐廡殿頂建筑的三維重建為例，很好地

4、驗證了該方法。
　　 3.提出了基于聚類平面特征的點云數(shù)據(jù)精簡算法。針對大型古建筑的點云數(shù)據(jù)包括大量冗余數(shù)據(jù)，難以直接用于三維重建。研究發(fā)現(xiàn)，建筑物垂直地面，在高度方向上的截面的點云數(shù)據(jù)，一定位于該平面內(nèi)建筑物的輪廓線上。基于此原理，該算法不需要先對掃描對象進(jìn)行表面重構(gòu)，而是在保持建筑物高度方向數(shù)據(jù)精度的前提下，對數(shù)據(jù)分層聚類分析，將滿足條件的特征點保留下來，刪除其余的點，實現(xiàn)整個建筑點云數(shù)據(jù)的簡化。實例證明該算法根據(jù)不同建筑外

5、形特征，可以達(dá)到70％-90％以上的精簡比率。大大提高了大型古建筑點云數(shù)據(jù)三維重建的效率。并在小雁塔點云重建中應(yīng)用，具有良好的建模效果。
　　 4.提出基于基本體素的投影反求三維坐標(biāo)的重建算法。該算法在單幅二維影像3D模型重建過程中，通過幾何體素滅點透視原理恢復(fù)三維體素特征點坐標(biāo)。同時，根據(jù)古建筑的特點，對該算法進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，給出了體素標(biāo)定重建方法。首先利用投影反求算法獲取基本體素特征點三維坐標(biāo)，再根據(jù)這些特征點坐標(biāo)，導(dǎo)出投