三維激光掃描技術(shù)在考古勘探中的應用分析

曾寶棟

[摘 要]改革開放以來，隨著我國各項事業(yè)的復蘇與發(fā)展，我國的文物保護工作也抓緊走向成熟，文物保護意識不斷增強，文物保護技術(shù)更加嫻熟，最終要的是在網(wǎng)絡技術(shù)的推動下，新的文物勘測水平實現(xiàn)了大幅度的提高。以往需要耗費大量精力進行的文物遺址的精確描述與測繪借助先進的輔助技術(shù)得到了很好的性能提升。在文物的勘探中最常用的就是三維激光掃描技術(shù)，可以實現(xiàn)短期內(nèi)快速接觸文物表面，準確勘測文物并記錄，在考古學中得到了一致好評與廣泛應用。本文主要針對三維激光掃描技術(shù)在考古勘探中的應用進行分析，從而更好的了解三維激光掃描技術(shù)，實現(xiàn)我國考古工作的更順利開展。

[關(guān)鍵詞]三維激光掃描技術(shù)；考古勘探；應用分析；優(yōu)勢探討

我國是一個歷史悠久的國家，長期的歷史發(fā)展使我國形成了大量的文物，是我國的寶貴文物資源，而對于考古工作者來說，又是不小的挑戰(zhàn)。因為年代久遠，文物信息逐漸喪失，我們依據(jù)僅存的記錄很難在短時期內(nèi)勘探到并準確的測繪，給予結(jié)論。傳統(tǒng)的測繪方法耗時耗力，更不能保證勘測信息的科學與準確性。直到三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)，為我國的考古勘探事業(yè)打開了前進的道路，其高速、準確、分辨清晰的優(yōu)點逐漸得到業(yè)內(nèi)人士的肯定與青睞，廣泛的應用于我國的考古勘探中。

一、三維激光掃描技術(shù)的實際工作原理分析

三維激光掃描技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)考古與文物的勘探與檢測，最重要的工作原理就是采用了脈沖測距與相位測距兩大原理。前者主要是依據(jù)激光脈沖的飛行時間來進行檢測點與掃描儀之間的距離，進而借助這段距離數(shù)據(jù)獲取被檢測點的三維坐標信息。后者的相位測距主要是通過發(fā)射一段連續(xù)性的激光，借助反射回激光與激光之間的距離數(shù)據(jù)進行被檢測點的距離值估算。正是基于這兩大基本原理，掃描儀進行被測物體的信息采集與抽樣，進而獲取到每一個采樣點的空間坐標點集合。這就是所謂的“點云”。利用專業(yè)的數(shù)據(jù)對這個“點云”進行數(shù)據(jù)處理，進而快速生成三維數(shù)據(jù)模型。

二、三維激光掃描技術(shù)早我國考古勘探中的應用分析

前面我們提到過三維激光掃描技術(shù)借助三維模型，在展示上更加直觀與清晰，即使在對不規(guī)則物體進行測繪時也能準確迅速的進行測繪與定位。隨著三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展，三維模型不僅僅是信息存檔的手段，更是后期學科研究的重要資料來源，成為信息研究的重要參考，在考古應用中發(fā)揮著越來越多的作用。

（一）三維激光掃描技術(shù)在石窟寺文物考古中的應用分析

我國石窟眾多，是文物保護中的重點研究對象，因為涉及到建筑、雕塑、繪畫多個方面，對于我國研究同時期的文學、歷史、宗教都是有利的突破口，在當今具有極高的研究意義與保護價值。但是石窟造型一般多樣，傳統(tǒng)的測繪方式個很難做到準確、精密，誤差測量導致的數(shù)據(jù)錯誤嚴重影響到后期的整理與記錄，也無法為文物的保護建立完整的檔案信息。應用時，首先建立三維模型，根據(jù)三維模型建立生成剖面圖、正色圖，根據(jù)圖上所顯示出的信息機型地質(zhì)結(jié)果的分析與對照，進而通過對特征匹配初步確定石窟佛像的最初位置，對比之前的數(shù)據(jù)，找出二者之間的明顯差異，從而保證獲取數(shù)據(jù)的準確性。需要注意的是在數(shù)據(jù)的處理過程中，因為石窟整體數(shù)據(jù)比較龐大，已經(jīng)超出了現(xiàn)有計算機的計算極限，我們可以考慮進行分割計算，每一部分之間進行一定數(shù)據(jù)的重合，在對分割的數(shù)據(jù)進行處理之后進行最終模型的整合與數(shù)據(jù)的匯總。

（二）三維激光掃描技術(shù)在我國壁畫等文物中的應用分析

除了在石窟建筑中有廣泛的應用，三維激光掃描技術(shù)還應用于壁畫文物的勘探中。我國壁畫文物歷史悠久，是我國文物保護與研究中的重要組成部分。但是壁畫在長期的侵蝕過程中，往往會出現(xiàn)不同程度的脫落與裂縫，嚴重影響到壁畫的完整保存。傳統(tǒng)的人工描摹耗時耗力，效果不明顯。隨著科技的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)廣泛的應用于壁畫的勘測與保護中。借助三維激光掃描技術(shù)可以對目標物體進行不接觸的測繪，有效的獲取壁畫的現(xiàn)存情況與病害分析情況。

利用掃描數(shù)據(jù)形成一定的三維模型、壁畫表面的高度模型、表面紋理圖形及橫截面的邊緣曲線等，總結(jié)已經(jīng)建立的三維模型數(shù)據(jù)，建立完整的映射模型，借助近景攝影測量技術(shù)與三維激光掃描技術(shù)，在紋理映射的過程中采用選取圖像和模型映射獲取重大的數(shù)據(jù)信息，建立分層的數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行計算研究。通過數(shù)據(jù)分析，三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢得到了最大程度的發(fā)揮，獲取時間端，信息準確度高。但是目前圖像的定位上還需要借助手動設(shè)置來進行連接，對于那種不規(guī)則與面積數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)進行拼接時需要人工操作，這是三維激光掃描技術(shù)今后改進的重要內(nèi)容之一。

（三）三維激光掃描技術(shù)在我國古建筑文物保護中的應用分析

我國古建筑群眾多，材料的選取上也比較多樣，木結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)等。在長期的侵蝕與磨損下，我國的建筑群破損現(xiàn)象十分嚴重，我國對于古建筑的修繕與保護一直十分重視。傳統(tǒng)的古建筑測試方法局限性比較大，獲取的二維圖像立體感不強，數(shù)據(jù)精準度上也很難獲得保證。而在古建筑中采用三維激光掃描技術(shù)可以有效的規(guī)避這些缺點，獲取最科學準確的測量數(shù)據(jù)。通過無接觸性的檢測獲取數(shù)據(jù)，可以最大限度的保護古建筑測量過程中的損壞。依據(jù)云點數(shù)據(jù)有效生成平面圖形，在分析平面圖形的基礎(chǔ)上獲取建筑三維模型，為建筑的結(jié)構(gòu)分析提供立體數(shù)據(jù)對象，從而實現(xiàn)古建筑物中的定位與檢測?？s短時間，提高測量準確度。

四、結(jié)束語

通過上面的分析，我們不難看出三維激光掃描技術(shù)在我國文物考古的勘探與檢測中得到了廣泛的應用。作為一種新技術(shù)，在使用的過程中要注意對適用條件的分析，在發(fā)揚其優(yōu)勢的同時，最大限度降低損害。在使用中學會多方法的結(jié)合，多學科的融匯，有力的推動我國考古行業(yè)的發(fā)展，幫助做好重要文物的修繕與保護。

參考文獻：

[1]劉世晗.三維激光掃描技術(shù)在古巖畫保護中的應用[D].遼寧工程技術(shù)大學，2011.

[2]白成軍.三維激光掃描技術(shù)在古建筑測繪中的應用及相關(guān)問題研究[D].天津大學，2007.