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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、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富，在傳承歷史方面，更是具有至關重要的作用。伴隨著社會的變遷，由于人為破壞和嚴重的自然侵蝕，使得歷史遺跡難以完整呈現(xiàn)，隨著三維掃描技術的運用，對相關數(shù)據(jù)進行處理，通過建模為文物修復提供依據(jù)，為文物保護增添動力。三維激光掃描技術是工業(yè)設計與制造領域中的先進技術，隨著光學技術和計算機輔助技術的飛速發(fā)展，它在精度、速度和數(shù)據(jù)處理方面都有了很大進步，使它能夠應用于現(xiàn)代博物館建設中的文物虛擬展示，使其成為博物館數(shù)字化的重要組成部分。

三維掃描技術在文物保護中的重要性

伴隨著計算機和制圖技術的發(fā)展，現(xiàn)有的制圖技術可用于文物保護，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，應根據(jù)不同的文物特點，制定不同的制圖方案。運用新的測繪技術、新設備、新方法對復雜和不規(guī)則文物進行保護，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、三維激光掃描技術等，正在逐步取代傳統(tǒng)的文物測繪方法，與遙感影像相結合，進入文物測繪領域，進行數(shù)字測繪，為文物保護提供優(yōu)質服務?，F(xiàn)代制圖技術與傳統(tǒng)制圖方法相比，在文物保護和考古研究中具有明顯優(yōu)勢。利用GNSS技術對文物古跡進行定位，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。利用RS技術可迅速獲得目標區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，大部分工作可轉移到室內，勞動強度低，工作效率高，其測量結果的準確性大大提高。運用GIS技術對數(shù)據(jù)庫中的文物信息進行管理，實現(xiàn)文物信息數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析，使文物管理真正實現(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不僅能獲得建筑物的三維平面圖，還能獲得建筑物的點云數(shù)據(jù)和紋理信息，包括傳統(tǒng)設備難以獲得的細節(jié)和材料。三維激光掃描儀的掃描速度可達每秒1百萬點，目前傳統(tǒng)測繪能在數(shù)天或更多時間內完成三維坐標測量，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)境轉移到室內環(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)內部的運行效率大大提高，改變了傳統(tǒng)依靠外業(yè)工作的局面。三維激光掃描技術與完整的目標掃描方案相結合，可對目標物體進行全方位測繪，得到完整的掃描數(shù)據(jù)，然后建立目標的三維模型和正交圖像。由于傳統(tǒng)繪圖技術難以突破，因此，利用更先進的制圖技術，成為文物古跡保護的趨勢。

三維掃描在文物保護中的優(yōu)勢

（一）單點采集轉批采集

由于傳統(tǒng)的單點采集方式存在誤差大、時間長、易受干擾等缺點，容易造成掃描延遲而妨礙工程進度，因此在測量和涂布時，一般需要對整個過程進行規(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，要獲得準確的數(shù)據(jù)，通常要對整個過程進行規(guī)劃。對于一些難以保存的文物，用傳統(tǒng)的方法很難作出準確的結論，引入三維掃描技術，可在測繪過程中實現(xiàn)批量采集，保證最終測量結果與被測對象具有較高的一致性。

（二）實施野外測量

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，在室內無法進行。三維掃描技術可對毫米級文物進行定量密度測量，并將測得的數(shù)據(jù)輸入電腦，用計算機軟件恢復同等比例的實物樣機，降低工作難度。

三維掃描技術在文物保護中的應用方式

（一）采集和預處理掃描數(shù)據(jù)

三維掃描的技術被應用在各行各業(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的領域中，三維掃描技術不僅僅突破了傳統(tǒng)的繪制測量帶來的局限性，還展現(xiàn)出了三維掃描技術的廣泛應用以及發(fā)展空間，并且對傳統(tǒng)的測繪方式進行了改革與創(chuàng)新。由于三維掃描技術運用三維激光點對采集的云數(shù)據(jù)進行高精確度的記錄、上傳和運算，對我國的文物保護工作帶來了很大的便利。應用三維掃描技術保護文物，首先要應用激光掃描來對點云數(shù)據(jù)進行收集。在實踐工作中，為了保證數(shù)據(jù)的準確性，需要對數(shù)據(jù)進行多次采集。因此，應結合具體的掃描引導規(guī)則選擇恰當?shù)膾呙璺直媛?，以此保證采集內容具有準確的意義，然后根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的格式，并對采集數(shù)據(jù)進行預處理。主要任務是在統(tǒng)一坐標系中生成點云數(shù)據(jù)的工程坐標。對相對應的點進行詳細的分析和拼接，旨在為文物保護研究創(chuàng)造良好的框架條件。

（二）繪制二維數(shù)字線畫面

二維數(shù)字線畫圖作為保護工程領域中的一種通用語言，被用于相關工作。簡而言之，繪制圖表時，數(shù)據(jù)主要是從不同角度掃描點云，并結合后一步工作圖，為文物測繪提供參考。建立后一套制度，可為修復方案及其具體實施、監(jiān)測點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?shù)匚奈镞M行測量，將三維掃描技術應用于二維數(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

三維掃描技術測量文物數(shù)據(jù)，可以比較色彩特征、設計方向，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)進行比對，找出文物修復和保存的關鍵，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

實物文物部分，具有較高的色彩質感，整體結構，如繪畫、浮雕、出土文物等，按三維掃描技術要求，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。隨著信息技術的飛速發(fā)展，新的設備和完善的功能使它在應用中更加熟悉，并成為文物保護的重要手段。

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作者：孫寶林 單位：山西博物院