徕卡ScanStation2在考古挖掘中的应用

coolboy6666

徕卡ScanStation2在考古挖掘中的应用
河南省煤田地质局物探测量队 刘亚 杨高风
1 引言
三维激光扫描技术是近年来发展起来的一项高新技术，它通过高速激光测量的方法，快速、大量、精确地获取物体的三维信息，为科学准确建立数据模型提供了一种全新的技术手段。三维激光扫描技术在考古挖掘应用中具有重大的现实和历史意义，能够真实记录考古发掘现场，再现考古发掘前后的遗址原貌。
随着我国考古工作者对一系列遗址的成功发掘，文化遗址的考古发掘越来越被人们所重视，怎样能够在既保留遗迹在不同阶段的信息资料，又不影响发掘、研究工作的条件下进行科学、准确、快速地获取考古遗址中的各类相关信息，就成为了考古工作者关注的焦点之一。传统的绘图、照相、摄影以及文字记录手段限于某种因素，无法准确而详细地记录遗迹、遗址的几何信息和三维形态，无论是从精度上还是从效率上都没能达到一个理想的状态。而三维激光扫描仪的出现，正好解决了这一难题。
2 仪器参数
扫描方式：脉冲式，扫描速度：5万点每秒，扫描范围： 1m－300m，特点：选此款仪器主要的特点是因为扫描的垂直角能达到90°，非常轻松的就能扫描到墓穴的顶部，同时又能保证测量的精度。
3 外业流程
进行三维扫描之前，首先通过网络搜索、电话咨询、资料查阅等多种途径了解并搜集目标及现场的相关信息，充分掌握该挖掘现场及周边的相关情况。抵达现场之后，根据实际情况合理设置扫描路线，依据完整采集点云数据的原则布设扫描站点。扫描前需要确定扫描仪的采样密度，其大小会直接影响三角网构建的精度，进而影响纹理贴图中正射影像的分辨率。
扫描时，三维激光扫描仪直接与笔记本电脑相连接，通过配套的Cyclone软件，把扫描的点云数据直接存储到计算机中，其原始数据格式为*.imp，为进一步建模等数据处理，将原始扫描点云数据格式转变为*.xyz、*.ptx、*.txt三种格式。扫描的过程中用专业的数码相机对挖掘现场进行纹理采集。扫描后的数据必须进行点云数据的配准拼接，拼接完成后，需进行点云数据预处理，主要为删减冗余或剔除无效数据，因为外业扫描的点云数据难免会产生各类噪声，从而影响后期三维模型的建立，所以需要用Cyclone软件对点云数据进行修剪。
数据拼接后确定数据完整就可以转为内业处理了，否则继续补测数据，直到完整为止。
4 内业流程
利用Cyclone导出*.xyz或*.txt格式的点云数据导入Geomagic studio12中，第一步：先去除体外孤点、杂点，第二步：减少噪声点，第三步：对点云数据利用“统一采样”工具进行抽稀，第四步：利用“封装”工具生成不规则的三角网模型，然后利用“网格医生”对模型进行修补，修补后利用“补洞”工具把三角网的缺口、孔洞补齐，最终生成三角网模型。
用PolyWorks 10编辑模块里的“断面”工具把三角网模型进行剖切，生成CAD格式的剖面图、等值线。
把三角模型和照片导入到TexCapture中进行贴纹理。首先在三角网模型和数码照片上分别选定至少12对同名点，依纹理映射原理计算的结果误差比较小，而且多余同名点也可进行联合平差以减少误差。由于计算机软硬件在三维模型可视化方面的限制，主要是三维点云数据量巨大，故以真实尺寸的三角网模型为基础，将真实色彩的高清晰数码照片通过纹理映射于该模型之上，即获得真实尺寸的三维彩色模型。把彩色模型导入Geomagic studio12里生成正射影像图，为了提高精度，对三角网模型进行划分处理，其照片也是按相同的办法来划分。在制作正射影像图的过程中，我们划分若干个有局部重叠的区域，既可以避免数字影像的缺失，同时在拼图的过程中也比较容易。
最后利用NavisWorks和PTViewPro生成点云漫游视频及真彩三维模型漫游视频。
5 结论
建立经过色彩和纹理渲染的三维模型，结合虚拟现实技术，利用可视化软件能够实现文物遗址的虚拟重构或再现，并制作成各种类型的影像，多角度展示文物遗址生动的原貌。研究人员可以利用三维模型进行虚拟考古研究。不仅可以观察考古数据，而且可以与虚拟考古的对象进行交互，具有从外到内或从内到外观察考古数据空间的特征。考古工作者可以充分地利用考古数据，从不同的角度使用不同的方式来研究考古学的问题。而普通观众则可以非常直观地观察到考古研究的内容，领略考古学家所揭示的古代社会的“真实”面貌，走进视听效果十分逼真的虚拟考古世界，体验身临其境的感觉。这种展示方式能够突破真实环境中的各种制约条件，激发人们的参观兴趣。利用互联网络还可以进一步扩大文物信息资源的传播范围，以满足更多观众享用文物的需求。
在文物修复工作中，还可以利用三维数字建模技术对文物残片进行建模。根据文物残片的三维数据，在计算机中显示出三维立体形态，并且根据模糊控制理论对残片的边缘特征或残片的走向进行自动拼接或由文物修复人员进行手工拼接。对于那些出现脆化、脱色、剥落等现象的易损文物，可以结合虚拟现实技术进行虚拟修复和保护，从而检验修复保护技术、手段的可行性，考察修复保护过程中的各项环节和修复保护后的耐久性，有助于制定科学合理的修复保护方案。
种种迹象表明，使用三维激光扫描技术来对文物遗址进行数字建模已经成为现代文物保护和发掘的首选技术手段，三维激光扫描仪必将在文物遗址的保护与考古中发挥越来越重要的作用。
总之，通过三维扫描测绘，建立了可永久保存的信息数据库，为其保护与展示等工作奠定了基础，对以后的研究科学、保护决策等均具有重要意义。

凉宫插曲

说的是徕卡的全站仪吗？不了解

zhoufu145

了解一下！