三维扫描测量在考古精细建模中的关键技术研究与应用开题报告

 2022-02-14 20:02:08

1. 研究目的与意义

1.1 课题研究的背景

1.1.1 考古研究的发展现状

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2. 研究内容和预期目标

2.1 课题主要研究内容

(1)通过对三维激光扫描仪的认识和使用,掌握三维激光扫描技术的应用。

(2)掌握三维激光扫描仪外业测量和内业数据图像处理软件使用,以及三维精细建模的方法。

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3. 研究的方法与步骤

3.1 研究方法

(1)三维激光扫描技术

在外业扫描阶段主要分为控制点布设、标靶布设和点云数据采集三个部分。对于控制点布设而言,由于地面三维激光扫描仪进行扫描时使用的是仪器自定义的坐标系统,为了后期将完整的拼接结果转换到统一坐标系(国家或地方坐标系统),就需要在采集点云数据前在踏勘现场的基础上布设、测定高密度、高精度的控制网,然后根据扫描设备的特点和扫描对象的色彩、材质等属性进行扫描测绘。而标靶布设则是为了将多站独立坐标系的数据转换到一个统一的坐标系中。

(2)三维点云数据处理

主要有拼接、去噪、等过程。通过一定的约束条件将多站点扫描数据配准到统一坐标系中的过程,拼接完成之后将得到一个项目的完整点云的过程叫做点云拼接,主要有标靶拼接、点云直接拼接以及控制点拼接三种方法。点云去噪则是一种点云优化过程。在扫描仪的原始点云中往往包含若干对于成果处理有不良影响的点,去噪本质上就是通过一定的处理手段,让有效点保留,无效点删除的过程,包括杂点(即测量时的错误点)的处理、噪声去除、冗余点处理三项内容。

(3)三维模型的后处理及纹理重建

三维模型的后处理中主要工作就是对三角网格孔洞的修补。利用三维激光扫描仪获取三维数据后,经过数据的预处理,并不能马上进行纹理的映像、渲染等工作。因为扫描技术和扫描设备等原因造成了点云数据的缺失,使得网格化后的模型出现了不同样式的孔洞,这些孔洞对于后续的曲面建模、快速原型的重建等带来一系列的影响。因而,三角网格孔洞的修补是数据处理的一个重要的步骤。利用点云数据建立的三维模型存在的孔洞大致可分为三种:第一种是网格化有的部分孔洞很小,只要把孔洞的边界上的点连接成三角面片即可;第二种是点云数据的缺失造成网格化后出现丢失三角面片的情况;而第三种就是数据缺失严重造成的大的孔洞。

三维模型重建的过程包括几何建模与纹理映射。在获取目标完整的三维点云后,对这些离散点构建不规则的三角网,经过数据处理从而获取目标的三维几何模型。对目标的几何模型恢复其纹理信息的过程即为纹理重建。纹理重建的主要目的就是建立三维几何模型与影像之间的纹理映像,即建立几何模型上各三角形顶点与影像像素之间的对应关系。

3.2 技术流程图

4. 参考文献

[1] 李小路,曾晶晶,王皓,徐立军.三维扫描激光雷达系统设计及实时成像技术[j/ol].红外与激光工程,2019

[2] 李涛会,侯宽信,陈炜.基于三维激光扫描技术在古迹保护中的应用.科技风,2019

[3] 张立莹.考古地层的三维建模办法在秦始皇帝陵考古勘探中应用尝试.文物保护与考古科学,2017(4),29-2

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5. 计划与进度安排

第一阶段(前期研究阶段)2022年3月18日至2022年3月24日:

作为一个有着2500年历史悠久的古城苏州至今仍保留着众多的文物古迹。我首先要研究国内、外文物古迹三维数字化工作研究现状和发展趋势、精细真三维数字模型构建在田野考古复原中的关键技术路线、学习三维激光扫描仪的操作和使用及三维激光扫描仪野外测量方法,学习三维激光扫描测量内业数据处理软件及三维可视化建模平台软件的使用方法,学习三维激光扫描测量下实现考古三维精细化建模的方法。并多多阅读相关书籍、参考资料,结合对苏州市一处考古现场实地考察的结果加深认识。

第二阶段(研究、实验阶段)2022年3月25日至2022年4月7日:

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