三维扫描和三维可视化在海派历史建筑保护中的新前景

从喧嚣繁华的外滩到市井烟火的石库门，仅有百年历史的海派建筑，却融合了世界各地的文化元素。包容与创新是海派建筑的基因，各种西式古典建筑和东方韵味混合在一起，形成了怀旧又摩登的海派风格。

而对历史建筑的研究，如同和前人对话，历史建筑是一个国家和民族历史的见证，携带着历史的信息，具有历史、科学和艺术的价值，这些信息是我们认识、研究、欣赏历史建筑的基础，我们不断的通过历史建筑去解读和认识这些历史。但由于时间的侵蚀和不可逆，这些宝贵的资料在慢慢流逝。我们需要尽快的将这些建筑上承载的信息完全记录下来，进行详细的历史建筑测绘和三维可视化资料留存。在科技的引领下，我们对历史建筑的数据采集也越来越快捷、全面。但要求也越来越严格，数据形式也越来越多。

以往，我们常使用拍照的形式来记录这些历史信息，但是照片是碎片化的，无法直观、全面、准确的记录下完整的建筑的数据信息。而三维激光扫描技术作为一种新兴的测量技术，可以高速度、高精度的获取海量被测物体的点云数据，实现被测物的三维建模。相比于传统的单点测量的方式（获取单点的三维空间坐标），三维激光扫描可自动、连续、快速地获取目标物体表面的密集点云数据，实现了从点测量到面测量的跨越。于此同时，三维扫描获取的信息量也从点的空间位置信息扩展到了纹理信息和色彩信息，因此，三维激光扫描技术以其户外工作效率高、还原度高、不接触本体等特性在历史建筑、遗址的保护与研究中被广泛使用。

本案例流程

因本案例资料涉密，我们以沪敖场景进行说明。

三维数据操作流程如下图所示

现场勘查：明确项目环境、项目目的，了解作业现场情况，为项目方案的制定及工作量评估收集资料。

三维扫描：现场采集包括设备架设，站点转换，参数设置等操作。

360°全景现场图

数据拼接：将多个独立扫描数据统一到单个坐标系内。站点之间通过重叠区域或公共点将所有数据拼接成整体。

数据去噪: 三维扫描是进行了每秒数百万次测量的结果，每次测量产生一个独立的点。扫描仪的激光点并不是无穷小，而是具有一定的直径。因此，激光点可能有极小部分落在支撑物（例如粉尘）上，另一部分落在扫描对象表面上，此时扫描仪会接收到两个相隔较远的不同点的反射激光信号，从而产生噪点。通过使用点云处理软件过滤器可更正选中的扫描点或从扫描中删除该点，也可以人为判断噪点，进行选中删除。

现场拍摄：现场拍摄建筑、招牌等对象高清照片，获取真实色彩信息，以便后期通过贴图将色彩信息赋予白模，使模型更加逼真。

模型建立：三维点云模型具备建模所需的所有尺寸信息及相对空间位置。点云模型精度高，数据格式多样化，是“逆向”建立目标模型的最佳基础数据。

贴图：技术人员在3D Max贴图前，先将之前实地拍照所得的照片进行处理，获得各种贴图的素材，之后将照片（或纹理材质）附加到模型中。

在建筑测量中，点云数据可用于提取建筑物的各平立剖面 图、建筑物外部的重要部件的尺寸，以及快速构建比例模型，以便于建筑物的数字留档、修复与改造。  

在本案例中，我们沪敖的技术人员通过大空间架站式三维扫描的方式创建了历史建筑数据，随后利用点云数据模型，根据墙面的立面正射点云数据，提取建筑物的立面 CAD 线划图，而后在相应的软件中（本次我们使用的是3dsMax） 中进行建模。在3ds Max 中对每一个立面图的外立面构造后，给建筑物外立面各单元赋予材质，并加入灯光的设置，这样能对建筑物模型本身有一个更佳的表达效果，使用3dsMax软件建模的方式，其数据模型十分精致。