近日,故宮博物院與騰訊共同簽署深化戰(zhàn)略合作協(xié)議,在文物數(shù)字化采集與文化研究等領(lǐng)域深入助力“數(shù)字故宮”建設(shè)。當前的數(shù)字技術(shù)正在推動整個社會發(fā)生廣泛而深刻的“數(shù)字變革”,文物古建的數(shù)字化保護成了這場變革在文化傳承方面的落腳點。
中國航天科技集團五院508所古建筑數(shù)字化保護團隊負責(zé)人徐崇斌告訴科技日報記者,航空遙感具有快速、精準等優(yōu)點,利用該技術(shù)對歷史文化古跡三維空間信息進行采集與綜合建模,正是數(shù)字化保護傳承新模式。
遙感技術(shù)精準獲得文物古建信息
任何物體都具有光譜特性,具有不同的吸收、反射、輻射光譜的性能。而遙感技術(shù)正是基于這種特性,從遠距離感知目標反射的或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線,以此對目標進行探測和識別的技術(shù)。
徐崇斌解釋說,根據(jù)平臺不同,遙感技術(shù)可分為天基、空基和地基三種,其中,空基遙感也稱為航空遙感。航空遙感是指高度在100米以上,100公里以下,利用在大氣層內(nèi)飛行的各類飛機、飛艇、氣球等作為遙感平臺,進行資源調(diào)查、空中偵察、攝影測量等的一種手段。
古建往往是無法移動的,并與周圍環(huán)境形成了不可分離的歷史風(fēng)貌。而獲取大尺度、空間高分辨率的多維度文物信息,是航空遙感的優(yōu)勢。
首先,遙感技術(shù)可以不用直接接觸目標物體而獲取信息,極大程度降低在文化遺產(chǎn)保護工作中對目標對象造成破壞的幾率,其次,航空器材往往具有平臺靈活、操作簡便、不受地形影響等優(yōu)勢,能夠降低信息更新成本,提高數(shù)據(jù)更新速度。更重要的是,利用航空遙感技術(shù)采集所獲取的數(shù)據(jù)具有高分辨率、多維度信息的特點,在保證數(shù)據(jù)準確性的同時也保證了數(shù)據(jù)的豐富程度。不僅如此,在航空遙感數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)分析和處理,其結(jié)果表現(xiàn)形式多樣,能夠為后續(xù)數(shù)據(jù)分析、呈現(xiàn)以及遺產(chǎn)管理、規(guī)劃等工作提供有力支撐。因此,航空遙感非常適合應(yīng)用于古建筑三維場景的真實建模。
無人機攜手衛(wèi)星進行混合成像
針對歷史文化古跡單體與群體的實體建模需求,中國航天科技集團五院508所古建筑數(shù)字化保護團隊運用平方米級無人機三維掃描、平方公里級的衛(wèi)星混合成像,來支持實體精準建模。
無人機搭載多光譜相機進行遙感數(shù)據(jù)采集,由于光譜分辨率與空間分辨率高,在清晰顯示地物細節(jié)的同時也保證了地物在光譜上的譜維度。所獲取的數(shù)據(jù)同時包含光譜、地形、形態(tài)、紋理等多種特征信息。
徐崇斌具體解釋說,在采集過程中,首先利用無人機從不同角度對古建拍攝多幅照片,照片間需要具有重疊區(qū)域。通過對無人機圖像進行特征提取和對應(yīng),實現(xiàn)鄰接圖像間的對應(yīng),依據(jù)對應(yīng)關(guān)系來計算攝像機的光學(xué)參數(shù)、攝像機相對于世界坐標系的變化關(guān)系;接著,依據(jù)圖像間的匹配特征點對,利用計算機視覺原理計算圖像中目標物體的三維空間坐標;最后,對重建得到的空間三維點云進行網(wǎng)格化處理及紋理映射,以實現(xiàn)三維重建。
徐崇斌說,無人機和衛(wèi)星“打配合”,最終使古建三維建模更高效、更精準。
可廣泛應(yīng)用于救災(zāi)、環(huán)保等領(lǐng)域
巴黎圣母院的大火給這一巴黎地標建筑造成了難以估量的損失。但值得慶幸的是,之前
美國瓦薩學(xué)院的專家為巴黎圣母院建造了三維模型存檔,這份逼真準確的數(shù)字檔案可為巴黎圣母院災(zāi)后修復(fù)提供巨大幫助。
“巴黎圣母院正是由于做了精細建模,修復(fù)工作才不至于無從進行。”徐崇斌說,此前中國航天科技集團五院508所古建筑數(shù)字化保護團隊針對塔爾寺古建筑群的數(shù)字化保護工作,除了對整個塔爾寺保護區(qū)進行空間信息綜合建模外,還對重要單體建筑進行精細化建模,并首次針對古建筑進行藏式風(fēng)格元素的提取。經(jīng)過精細化建模,古建一旦遭受損失,修復(fù)和重建工作則可據(jù)此開展。
除了在古建筑等文物數(shù)字化方面的應(yīng)用,基于航空航天遙感的三維建模技術(shù)還能在智慧城市、測繪導(dǎo)航、環(huán)境保護、備災(zāi)救災(zāi)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如快速生成地形三維影像、數(shù)字模型等,為智慧城市建設(shè)提供三維實景地理信息數(shù)據(jù)支撐;建立備災(zāi)救災(zāi)三維地理信息應(yīng)急系統(tǒng),災(zāi)害發(fā)生后,迅速獲取災(zāi)區(qū)圖像數(shù)據(jù)并進行三維重建,通過與災(zāi)前數(shù)據(jù)對比,為準確評估災(zāi)害、制訂救災(zāi)方案、實施災(zāi)后重建提供決策依據(jù);對荒漠化、水土流失等進行準確評估,為環(huán)保與治理提供科學(xué)依據(jù)等。
轉(zhuǎn)自:科技日報
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