中国古建筑三维数字化方法综述

中国古建筑的三维信息数字化是三维建模、三维重建技术研究的重要应用场景，也是古建筑文物保护、虚拟仿真模拟、数字娱乐开发等应用领域的基础工作。随着近几年测绘技术和几何数据处理技术的快速发展，古建筑三维数字化方法研究受到国内外学者的广泛关注。针对中国古建筑体量大、部件多、结构复杂等问题对三维建模工作带来的具体影响，学术界已取得了一系列研究成果。本文总结中国古建筑三维模型数据类型和特点，学术界和工业界对中国古建筑三维模型数据的要求，深入分析现有古建筑三维数据获取方法和理论技术基础，对比不同技术研究现状与应用场景，提出针对中国古建筑三维建模方法的发展方向，可为古建筑数字化保护理论研究和应用研究提供参考依据。     

中国古代宫殿建筑参数化设计与三维建模

古建筑的数字化研究是古建筑保护的重要手段.通过对中国古代宫殿建筑主要结构和构件的分析,对古建筑进行数字化、参数化描述,应用数据库技术进行管理,用VB编程生成宫殿建筑三维模型的脚本文件,在AutoCAD中运行后生成古建筑模型.     

浅谈中国古建筑建模方法——以沙桥傩庙建模为例

中国古建筑建模方法众多,本文以沙桥傩庙建模为例来探讨古建筑模型的建模方法及部分古建筑模型中构件的建模方法与建模技巧。     

基于改进Elman神经网络的徽派古建筑寿命预测

徽派建筑是我国四大古建筑流派之一,木构件是徽派建筑的核心.准确预测徽派木构件的寿命,对于古建筑的保护具有重要的意义.目前系统考虑多种因素对木构件寿命共同影响的研究较少,Elman神经网络是一种典型的多层动态递归神经网络,通过存储内部状态使其具备映射动态特性的功能,从而使系统具有适应时变特性的能力,可用于预测木构件复杂的非线性时变系统的建模.针对基本的Elman神经网络存在训练速度慢、容易陷入局部极小值的特点,使用带有自适应变异算子的粒子群优化算法对基本的Elman神经网络进行改进,优化网络中各层之间的连接权值,提高学习速度,并在全局范围内寻找最优解.仿真结果表明,改进后的网络能较准确地拟合训练值,并进行有效预测,能够较好应用于徽派古建筑寿命预测.     

三维激光扫描技术在开平碉楼保护中的应用研究

近年来,具有扫描速度快、精度高等优点的三维激光扫描技术为空间三维信息的获取提供了强有力的技术手段.文章通过研究三维激光扫描技术在世界文化遗产——开平碉楼的应用,对从点云数据获取、预处理到如何快速准确建模的完整流程进行了详细的分析并优化了技术路线,以及针对此项新技术与传统测量技术的优劣进行探讨.研究结果表明,三维激光扫描技术对古建筑的量测具有重要意义,可为广东省的古建筑修缮保护与展示提供强有力的数据支撑与技术支持,并达到真实比例的虚拟仿真三维效果.     

基于运动捕捉技术的民族舞蹈的保护

为了保护中国非物质文化遗产中的少数民族舞蹈,本文通过运动捕捉技术对非物质文化遗产中的摆手舞进行三维数字化保护.首先通过运动捕捉技术,采集舞蹈演员的动作信息,然后采用三维建模技术对舞蹈演员进行人物建模、服饰模拟,最后将捕捉到的舞蹈演员关键的动作数据点与人物模型相绑定,合并场景,生成舞蹈动画,并与摆手舞乐曲进行合成.该方法与传统的舞蹈保护方法相比,可以更好的全方位的展示舞蹈的特点.     

基于BIM技术的斗栱三维参数化设计研究

为更好地传承和发扬中国古建筑文化,使现代建筑技术能够服务于古建筑文化保护,以清式斗栱为例,在古建筑模数制的基础上,利用BIM技术,以斗口为基本变量,建立斗栱的各组成构件的标准库,通过斗栱各构件的参数化控制以及斗栱模型的参数联动,实现了斗栱的参数化设计,极大提高设计工作效率,为古建筑的保护与传承提供了一种新的思路和方法.     

施工图测绘在古建筑异地保护中的应用研究——以龙游为例

古建筑异地保护是实现古建筑保护的一种有效方法,衢州市龙游县古建筑资源丰富,通过使用传统方法对龙游古建筑的主体结构测量,水准控制点采用四等水准测量,距离和角度测量时采用等外级标准；使用近景摄影测量方法对龙游古建筑的壁画、纹理和层面施工技术等方面的测绘,使用三维激光扫描测量方法对龙游古建筑砖雕、石雕、木雕等工艺品测绘,实现龙游古民居的异地保护.通过对龙游古建筑的水准测量、控制测量和建筑物内部的碎部测量,获得大量真实数据,通过数据误差分析,借助计算机辅助设计,还原古建筑的施工图,为古建筑的异地保护提供工程参照.     

园林文化遗产三维数字化测绘与信息管理研究进展

为了解三维数字化测绘和信息管理技术应用于园林文化遗产对象的研究进展,通过梳理三维数字化测绘和信息技术应用于园林文化遗产及其相关对象的中、英文文献,从近景摄影测量、三维激光扫描和多技术综合测绘等三维数字化测绘技术与三维地理信息系统和信息模型等三维信息管理技术等方面,分析了三维数字化测绘和信息管理技术应用于园林文化遗产对象的技术特点、应用情况和相关案例。笔者认为,文化遗产保护工作至关重要,三维数字化测绘和信息技术的应用在古建筑、古遗址等对象上收获颇丰,园林文化遗产研究成果相对较少,但足以证明其应用具优势,且将成为必然趋势。三维数字化测绘方法上,近景摄影测量和三维激光扫描技术各有千秋,利用多传感器的综合测绘方法能够克服单一技术和仪器的局限,是园林文化遗产数据获取的理想方法;三维信息管理方法上,三维地理信息系统的应用和园林信息模型等概念将成为园林文化遗产信息管理的研究热点。园林文化遗产保护,乃至风景园林学科,将向基于三维数字化、信息化技术的方向发展。利用现代三维数字化测绘和信息技术进行数据采集、处理、储存和信息管理、维护、更新、分析,对园林文化遗产的保护、研究和可持续利用具有重大的历史和现实意义。     

基于NormalMap虚拟技术的赣南客家围屋仿真实现探析

Normal Map技术是当前虚拟仿真实现的一个重要手段,它在模型基础上通过贴图信息来完成虚拟对象的高仿真实现。当前古建筑虚拟仿真的数字化实现更是离不开Normal Map技术的支撑。赣南客家围屋是江西古建筑群里极具代表性建筑,其历史悠久,文化深厚,建筑形制及材料十分丰富,Normal Map虚拟技术的研究将为赣南客家建筑的保护提供技术支持。本文从Normal Map的运算方式及技术特点,结合赣南客家围屋的具体实际进行建筑微观细节的仿真实现探析。     

城市三维建模与可视化应用研究

三维建模技术是城市三维可视化的基础,也是三维城市GIS应用的关键。对城市空间实体三维建模技术和可视化过程进行了深入研究,探讨了基于不同数据源的地形和地物的建模方法,并提出了一个城市三维可视化应用系统框架,为城市数字化建设提供了一个有效、可行的方案。     

基于三维激光扫描数据的金龙塔结构研究

以金龙塔为研究对象,基于三维激光扫描技术,探讨三维激光扫描技术应用于古建遗址数字化保护的工作流程,包括技术方案的制定、外业数据采集和内业数据处理、成果展示等。研究结果表明,三维激光扫描技术可以有效提高建筑现状采集效率,保证外业数据获取的完整性。该研究充分肯定了该技术在古建筑保护领域的应用优势,为古建筑领域的结构研究开辟了全新的途径。     

基于运动捕捉的民间舞蹈保护研究

应用数字技术对非物质文化遗产保护是近年来研究的一个主要议题,三维的数字化保护手段将逐渐取代传统的保护手段。本文主要研究民间舞蹈泉州拍胸舞数字化数据保护,对舞蹈动作进行捕捉和数据的采集处理,通过三维软件进行建模和骨骼绑定,然后利用Motion Builder把动作数据和三维模型进行绑定,最后结合OGRE的场景管理方法完成动画驱动和交互。实现了观看者能够以任意角度、任意距离进行浏览。     

历史建筑三维激光扫描建模方法研究

优秀历史建筑数字化保护已经成为影响广泛的社会性问题.以同济大学文远楼为例,提出了一种以三维激光扫描仪和全站仪为主要数据获取手段的针对大型历史建筑数字化工程方法 .首先对目标体进行分站扫描,获得点云数据,同时使用扫描仪和全站仪采集每站靶标数据;然后,利用Matlab编程实现转换算法,根据采集的同名点靶标数据进行配准计算,将每站点云数据转换到统一的坐标系下,并对转换模型精度进行分析;最后将完全配准的点云数据网格化并修饰处理,建立真三维的历史建筑数字化模型.实验结果表明,采用的建模方法快捷、有效,配准模型精度较高,最终建立的三维模型真实,保留了其细部的特征.     

基于BIM技术的民族建筑构件参数化建模方法研究

以岭南地区民族建筑封火墙构件为例,针对民族建筑构件因种类繁多、构件复杂而难以快速建模的问题,运用BIM技术中的Revit软件进行了构件的参数化建模.通过分析民族建筑构件的演化发展规律,将同种类的民族建筑构件进行归一化处理,并对归一化的模型尺寸建立参数关系,利用Revit软件进行模型参数化建模,通过改变模型的自变量参数,控制因变量,即可演化成同类型构件的其他模型.研究表明:通过改变封火墙的归一化模型的马鞍墙模型I的部分自变量参数,可演化为镬耳墙模型和马鞍墙模型II.而对于模型较为复杂的细部构造,可以将三维激光扫描形成的点云模型与参数化建模方法相结合,从而降低民族建筑构件的建模难度,节省建模时间.     

面向手势交互的古建场景快速搭建方法

随着行业快速发展,虚拟现实应用对人机交互方式的要求越来越高,基于非接触手势控制的交互方式日益普及.针对虚拟环境下三维场景构建问题,提出一种面向Leap Motion体感交互设备的古建筑三维场景快速搭建方法.通过Leap Motion获取手部运动数据,实现物理空间与三维空间的实时映射,以及三维模型交互控制与编辑;提出一种基于概率图模型的古建筑构件推荐方法,通过构造贝叶斯网络,实现古建筑各构件之间的概率关系推理;推荐结果实时反馈用户,用户可通过手势选择相应部件,并在三维空间优化模型位置,最终实现古建筑场景的快速搭建.实验证明,相比二维交互方式,本文方法有效利用三维空间信息,并实现模型推荐,因此更加直观、便捷、高效.      

闽南传统民居大木架参数化和运算化HBIM建模方法

针对目前闽南传统民居保护工作中图纸绘制速度慢、数据共享性差等问题,提出一套基于历史建筑信息模型(HBIM)技术流程的参数化和运算化建模方法.首先,运用Revit应用程序开发接口,驱动模型的运算化生成;然后,结合WPF用户界面框架,实现模型的交互式生成;最后,基于WebGL技术,构建闽南民居云端展示平台,实现“互联网+古建筑”.为验证方法的有效性,选取典型案例进行方法实践.结果表明,该方法能准确高效地以数字化形式保存传统民居建筑的各类信息,同时可大大提高传统民居建筑逆向建模的速度与精度,为闽南乃至整个福建省的传统民居建筑信息化、数字化保护提供技术支撑.     

逆向工程技术在文物保护中的应用方法研究

应用三维激光扫描技术对文物进行三维数字测量或扫描,通过曲面重建和实体重构,建立三维CAD模型,可准确真实地获取反映文物外形的三维数字化信息.讨论了针对不同外形文物采取正向建模与逆向建模的联合建模方法.     

故宫古建筑三维数字化建模方法研究

故宫古建筑是全人类的珍贵文化遗产,具有很高的历史价值和艺术价值,也有很高的科学价值。对故宫古建筑进行数字化探索和研究意义重大,故宫文化资产数字化应用研究所针对获取古建筑资料的人工测量、二维影像和三维扫描三大方式,研究了以测绘图纸结合二维影像为主、扫描点云数据为辅形成三维模型重建的关键技术,取得了一定的成果。     

古代泰山石刻的三维真实可视化

提出了一整套数字化石刻保护的技术,详细阐述了利用数码相机多角度拍摄古代石刻、经过计算机图像处理技术、复杂三维数字建模等方法最终实现泰山石刻三维真实可视化的过程,以达到原样数字保护和永久数字化存贮石刻文物的目的。同时也为石刻文物的保护提供了新思路、新方法。