孫寶林 山西博物院

由于三維掃描技術(shù)的發(fā)展，三維掃描設(shè)備的精度、操作速度和使用方便程度不斷提高，三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在文物保護(hù)中發(fā)揮著重要作用。因此，文章主要探討文物保護(hù)中三維掃描技術(shù)的應(yīng)用，提高文物保護(hù)力度。

文物具有著特殊的意義，記載某一特定時期的發(fā)展歷程，包括文化、經(jīng)濟(jì)、政治。正是由于文物的存在，可以最大化地為子孫后代留下珍貴的精神財(cái)富，在傳承歷史方面，更是具有至關(guān)重要的作用。伴隨著社會的變遷，由于人為破壞和嚴(yán)重的自然侵蝕，使得歷史遺跡難以完整呈現(xiàn)，隨著三維掃描技術(shù)的運(yùn)用，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過建模為文物修復(fù)提供依據(jù)，為文物保護(hù)增添動力。

三維激光掃描技術(shù)是工業(yè)設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)，隨著光學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的飛速發(fā)展，它在精度、速度和數(shù)據(jù)處理方面都有了很大進(jìn)步，使它能夠應(yīng)用于現(xiàn)代博物館建設(shè)中的文物虛擬展示，使其成為博物館數(shù)字化的重要組成部分。

三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的重要性

伴隨著計(jì)算機(jī)和制圖技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的制圖技術(shù)可用于文物保護(hù)，滿足特殊的制圖需求。對不同的文物古跡，其制圖方法也不相同，應(yīng)根據(jù)不同的文物特點(diǎn)，制定不同的制圖方案。運(yùn)用新的測繪技術(shù)、新設(shè)備、新方法對復(fù)雜和不規(guī)則文物進(jìn)行保護(hù)，充分發(fā)揮現(xiàn)代測繪的新功能。如衛(wèi)星遙感、航空攝影測量、近場攝影測量、三維激光掃描技術(shù)等，正在逐步取代傳統(tǒng)的文物測繪方法，與遙感影像相結(jié)合，進(jìn)入文物測繪領(lǐng)域，進(jìn)行數(shù)字測繪，為文物保護(hù)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)?，F(xiàn)代制圖技術(shù)與傳統(tǒng)制圖方法相比，在文物保護(hù)和考古研究中具有明顯優(yōu)勢。利用 GNSS技術(shù)對文物古跡進(jìn)行定位，具有傳統(tǒng)制圖、無視場、無觀測時間、全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。利用 RS技術(shù)可迅速獲得目標(biāo)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，大部分工作可轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，勞動強(qiáng)度低，工作效率高，其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性大大提高。運(yùn)用 GIS技術(shù)對數(shù)據(jù)庫中的文物信息進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)文物信息數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，使文物管理真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化。對古代建筑來說，傳統(tǒng)的制圖方法精度不高，只能通過建筑的平面、立面、剖面、輪廓、影像等獲得建筑的三維平面圖，而三維激光掃描技術(shù)不僅能獲得建筑物的三維平面圖，還能獲得建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和紋理信息，包括傳統(tǒng)設(shè)備難以獲得的細(xì)節(jié)和材料。

三維激光掃描儀的掃描速度可達(dá)每秒1百萬點(diǎn)，目前傳統(tǒng)測繪能在數(shù)天或更多時間內(nèi)完成三維坐標(biāo)測量，極大地提高了外場數(shù)據(jù)采集的效率，同時，將主要數(shù)據(jù)處理工作由外部環(huán)境轉(zhuǎn)移到室內(nèi)環(huán)境中，改善了工作環(huán)境。三維激光掃描儀采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可任意切割為特征部分，分成若干部分，再由不同的人來處理，將會使行業(yè)內(nèi)部的運(yùn)行效率大大提高，改變了傳統(tǒng)依靠外業(yè)工作的局面。三維激光掃描技術(shù)與完整的目標(biāo)掃描方案相結(jié)合，可對目標(biāo)物體進(jìn)行全方位測繪，得到完整的掃描數(shù)據(jù)，然后建立目標(biāo)的三維模型和正交圖像。由于傳統(tǒng)繪圖技術(shù)難以突破，因此，利用更先進(jìn)的制圖技術(shù)，成為文物古跡保護(hù)的趨勢。

三維掃描在文物保護(hù)中的優(yōu)勢

（一）單點(diǎn)采集轉(zhuǎn)批采集

由于傳統(tǒng)的單點(diǎn)采集方式存在誤差大、時間長、易受干擾等缺點(diǎn)，容易造成掃描延遲而妨礙工程進(jìn)度，因此在測量和涂布時，一般需要對整個過程進(jìn)行規(guī)劃。測繪過程中會出現(xiàn)傳統(tǒng)測繪條件不能滿足現(xiàn)代測繪需要、發(fā)展不平衡的現(xiàn)象，測繪工作難以完成，要獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，通常要對整個過程進(jìn)行規(guī)劃。對于一些難以保存的文物，用傳統(tǒng)的方法很難作出準(zhǔn)確的結(jié)論，引入三維掃描技術(shù)，可在測繪過程中實(shí)現(xiàn)批量采集，保證最終測量結(jié)果與被測對象具有較高的一致性。

（二）實(shí)施野外測量

文化遺產(chǎn)測繪涉及戶外研究，如大型建筑、雕塑等，需要大量的人力、物力，在室內(nèi)無法進(jìn)行。三維掃描技術(shù)可對毫米級文物進(jìn)行定量密度測量，并將測得的數(shù)據(jù)輸入電腦，用計(jì)算機(jī)軟件恢復(fù)同等比例的實(shí)物樣機(jī)，降低工作難度。

三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用方式

（一）采集和預(yù)處理掃描數(shù)據(jù)

三維掃描的技術(shù)被應(yīng)用在各行各業(yè)中，它的主要優(yōu)勢就是高密度測繪，尤其是在我國文物保護(hù)的領(lǐng)域中，三維掃描技術(shù)不僅僅突破了傳統(tǒng)的繪制測量帶來的局限性，還展現(xiàn)出了三維掃描技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及發(fā)展空間，并且對傳統(tǒng)的測繪方式進(jìn)行了改革與創(chuàng)新。由于三維掃描技術(shù)運(yùn)用三維激光點(diǎn)對采集的云數(shù)據(jù)進(jìn)行高精確度的記錄、上傳和運(yùn)算，對我國的文物保護(hù)工作帶來了很大的便利。應(yīng)用三維掃描技術(shù)保護(hù)文物，首先要應(yīng)用激光掃描來對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。在實(shí)踐工作中，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集。因此，應(yīng)結(jié)合具體的掃描引導(dǎo)規(guī)則選擇恰當(dāng)?shù)膾呙璺直媛?，以此保證采集內(nèi)容具有準(zhǔn)確的意義，然后根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的格式，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。主要任務(wù)是在統(tǒng)一坐標(biāo)系中生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的工程坐標(biāo)。對相對應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析和拼接，旨在為文物保護(hù)研究創(chuàng)造良好的框架條件。

（二）繪制二維數(shù)字線畫面

二維數(shù)字線畫圖作為保護(hù)工程領(lǐng)域中的一種通用語言，被用于相關(guān)工作。簡而言之，繪制圖表時，數(shù)據(jù)主要是從不同角度掃描點(diǎn)云，并結(jié)合后一步工作圖，為文物測繪提供參考。建立后一套制度，可為修復(fù)方案及其具體實(shí)施、監(jiān)測點(diǎn)的制定提供便利條件。通過二維數(shù)字地圖的制作，不僅要整合所制圖對象的長、寬、高數(shù)據(jù)，還要對當(dāng)?shù)匚奈镞M(jìn)行測量，將三維掃描技術(shù)應(yīng)用于二維數(shù)字線圖中，確保校對資料的正確性和完整性。

（三）基于數(shù)據(jù)文件修改模型

三維掃描技術(shù)測量文物數(shù)據(jù)，可以比較色彩特征、設(shè)計(jì)方向，保證文物研究的發(fā)展處于穩(wěn)定狀態(tài)，通過定期觀察，工作人員對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，找出文物修復(fù)和保存的關(guān)鍵，及時采取措施延長文物壽命。同時，文物研究者要建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，使文物擁有視覺形象，另外，各地區(qū)文物工作者要建立網(wǎng)上交流平臺，避免因外部客觀時空的限制，能夠無障礙地交流。

（四）漂亮的照片

實(shí)物文物部分，具有較高的色彩質(zhì)感，整體結(jié)構(gòu)，如繪畫、浮雕、出土文物等，按三維掃描技術(shù)要求，拍攝出更加逼真的照片，并具有較高的分辨率和較好的可視性。三維掃描技術(shù)系統(tǒng)生成的圖像可以極大地幫助研究者研究文物，同時也符合公眾的審美觀念，可作為展品在網(wǎng)上博物館展出。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，新的設(shè)備和完善的功能使它在應(yīng)用中更加熟悉，并成為文物保護(hù)的重要手段。