當(dāng)前，三維掃描技術(shù)正在重塑古建遺址的保護(hù)工作流程。其中，三維空間掃描儀以其非接觸、快速、精準(zhǔn)、高效獲取古建遺址三維信息的工作方式，能夠?yàn)楣沤ㄟz址提供從精準(zhǔn)數(shù)字化記錄與存檔、研究分析與修繕輔助到數(shù)字化展示與公眾傳播等全方位保護(hù)能力。
近日，武漢睿數(shù)信息利用其三維空間掃描儀新品RayZoom G200對(duì)武漢市漢陽(yáng)區(qū)龜山東麓的晴川閣進(jìn)行了數(shù)字化采集，為其數(shù)字化保護(hù)工作打開(kāi)了新思路。
晴川閣，又稱“晴川樓”，坐落于武漢市漢陽(yáng)區(qū)龜山東麓，與著名的黃鶴樓隔江對(duì)望，是武漢的三大名勝之一，它不僅是三楚勝境，也被譽(yù)為“楚天第一樓”。因其獨(dú)特的地理位置和景致，明清時(shí)期，晴川閣備受文人墨客推崇。然而，歷史上，因戰(zhàn)亂、大火、風(fēng)暴等原因，晴川閣多次被毀，又次多重修，因此，其保護(hù)、修繕工作所面臨的挑戰(zhàn)與限制較多。在三維掃描技術(shù)出現(xiàn)之前，晴川閣這類(lèi)屢經(jīng)重修的古建筑，修復(fù)過(guò)程非常依賴歷史文獻(xiàn)和老照片。三維掃描技術(shù)的出現(xiàn)，打破了這一局面。
在具體的三維數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，就建造地勢(shì)而言，作為楚地建筑美學(xué)的代表，晴川閣依山就勢(shì)，筑于禹功磯頂，下臨巖壁，一騎絕塵。此外，整棟閣樓建造繁復(fù)精美，充滿張力的飛檐、繁復(fù)的重檐歇山頂、梁架以及門(mén)窗欄楯上的朱漆彩繪、屋脊上獨(dú)特的“魚(yú)龍吻”，都對(duì)采集設(shè)備的操作靈活便捷性、細(xì)節(jié)捕捉能力提出非常高的要求。如果只是利用傳統(tǒng)的架站式掃描儀在臨江一側(cè)架設(shè)采集，將容易形成“視覺(jué)盲區(qū)”，難以覆蓋所有區(qū)域。
要解決上述這些采集難點(diǎn)，并且在采集過(guò)程中，不對(duì)原有建筑的表面造成損傷，實(shí)現(xiàn)全方位、無(wú)死角的數(shù)字化采集，需要利用到高精度、高靈活便攜的三維空間掃描儀來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量、高效率的數(shù)字化采集。
武漢睿數(shù)信息的RayZoom G200手持三維空間掃描儀，為晴川閣的高難度三維數(shù)據(jù)采集工作，提供了兼顧靈活性與高精度的采集方案。
在性能方面，睿數(shù)信息的RayZoom G200集成了高精度激光雷達(dá)、雙目魚(yú)眼相機(jī)、NIR視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)、RTK定位與六軸IMU等多種傳感器，并采用了自研的MSF-SLAM算法，能夠?qū)崿F(xiàn)多源數(shù)據(jù)互補(bǔ)，降低誤差干擾，增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性，提高建圖精度，一次采集即可生成點(diǎn)云（著色點(diǎn)云）、3D高斯模型及MESH網(wǎng)格模型等數(shù)據(jù)成果。
同時(shí)，在便攜性與靈活性方面，RayZoom G200采用高度一體化、輕量化設(shè)計(jì)，內(nèi)置8核2.4GHz算力與3.9 英寸高清AMOLED觸控屏，無(wú)需外接手機(jī)、平板等其他輔助設(shè)備，開(kāi)機(jī)即用。搭配背包、車(chē)載支架、無(wú)人機(jī)掛架等多樣化配件，可靈活、高效應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景下的采集需求。
（睿數(shù)信息RayZoom G200）
1.手持+無(wú)人機(jī)，RayZoom G200掃描方式靈活，復(fù)雜輪廓精準(zhǔn)采集，不留死角
在對(duì)晴川閣進(jìn)行掃描的過(guò)程中，作業(yè)人員可以單手手持RayZoom G200，在采集現(xiàn)場(chǎng)靈活作業(yè)。RayZoom G200擁有360°的水平視場(chǎng)角以及63.5°的垂直視場(chǎng)角，一次掃描就能夠快速捕捉大范圍的三維輪廓，即便是不易采集的邊緣死角，也能夠精準(zhǔn)捕獲。同時(shí)，RayZoom G200搭載無(wú)人機(jī)對(duì)晴川閣頂部進(jìn)行了掃描。通過(guò)工作人員在采集過(guò)程中自由移動(dòng)、搭載無(wú)人機(jī)進(jìn)行采集等方式，整座晴川閣的整體外部三維空間輪廓被RayZoom G200快速、精準(zhǔn)采集。
（工作人員手持RayZoom G200對(duì)晴川閣外部進(jìn)行數(shù)據(jù)采集）
2.多傳感模塊數(shù)據(jù)融合+自研MSF-SLAM（多傳感器融合）算法，數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)，1∶1復(fù)刻
RayZoom G200的激光雷達(dá)采用的多回波技術(shù)，以480,000點(diǎn)/秒的點(diǎn)云速度進(jìn)行采集，綜合測(cè)距精度達(dá)1.5厘米，能夠在移動(dòng)掃描過(guò)程中一定程度上“透視”遮擋物，區(qū)分和識(shí)別不同高度的地物、獲取目標(biāo)的更多物理特性，極大地提升掃描儀在復(fù)雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集能力和效率。
此外，RayZoom G200搭載的MSF-SLAM（多傳感器融合）算法，能夠?qū)⒃O(shè)備上激光雷達(dá)、視覺(jué)跟蹤、RTK及IMU等傳感部件在采集過(guò)程中所產(chǎn)生的各模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合，提升掃描表現(xiàn)，讓整個(gè)三維空間采集輸出的數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。
此外，在色彩、紋理信息采集方面，RayZoom G200還配備了2組魚(yú)眼相機(jī)，魚(yú)眼相機(jī)同時(shí)具備了“雙目立體視覺(jué)”和“全景視覺(jué)”兩種能力，在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，既有精度與深度，同時(shí)又有色彩與廣度。針對(duì)晴川閣內(nèi)外復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，RayZoom G200能夠非常精確地識(shí)別，并進(jìn)行捕捉，確保建筑的各類(lèi)細(xì)節(jié)，如“魚(yú)龍吻”的紋理、彩繪筆觸等精微細(xì)節(jié)都能被采集到，生成的每一幀數(shù)據(jù)都是帶有像素深度信息的“深度全景圖”。
整個(gè)采集過(guò)程簡(jiǎn)單、快速、高效，采集完后，通過(guò)MSF-SLAM（多傳感器融合）算法的處理，1∶1生成晴川閣內(nèi)部以及整個(gè)晴川閣外部輪廓的三維高斯、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等。采集處理后的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于晴川閣的數(shù)字化保護(hù)、線上展覽展示等項(xiàng)目領(lǐng)域。
（3D高斯數(shù)據(jù)：晴川閣內(nèi)部）
（3D高斯數(shù)據(jù)：晴川閣外部）
古建筑作為不可再生的文化瑰寶，如何跨越時(shí)空留存其風(fēng)貌、讓歷史傳承下去是非常值得關(guān)注的。在本次晴川閣的數(shù)字化采集項(xiàng)目中，睿數(shù)信息使用RayZoom G200手持三維空間掃描儀給出了良好的示范。三維空間數(shù)字化技術(shù)正在讓古老的文物建筑煥發(fā)出全新的生命活力，重塑文化遺產(chǎn)保護(hù)格局。睿數(shù)信息將繼續(xù)推出更多三維空間數(shù)字化解決方案，以科技之力，守護(hù)文明脈絡(luò)。
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