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遥感数据-利用该技术对历史文化古迹三维空间信息进行采集与综合建模

冯辉去世

可廣泛應用於救災、環保等領域巴黎聖母院的大火給這一巴黎地標建築造成了難以估量的損失。但值得慶幸的是,之前美國瓦薩學院的專家為巴黎聖母院建造了三維模型存檔,這份逼真準確的數字檔案可為巴黎聖母院災后修復提供巨大幫助。

無人機搭載多光譜相機進行遙感數據採集,由於光譜分辨率與空間分辨率高,在清晰顯示地物細節的同時也保證了地物在光譜上的譜維度。所獲取的數據同時包含光譜、地形、形態、紋理等多種特徵信息。

中國航天科技(000901,股吧)集團五院508所古建築數字化保護團隊負責人徐崇斌告訴科技日報記者,航空遙感具有快速、精準等優點,利用該技術對歷史文化古迹三維空間信息進行採集與綜合建模,正是數字化保護傳承新模式。

無人機攜手衛星進行混合成像針對歷史文化古迹單體與群體的實體建模需求,中國航天科技集團五院508所古建築數字化保護團隊運用平方米級無人機三維掃描、平方公里級的衛星混合成像,來支持實體精準建模。

徐崇斌具體解釋說,在採集過程中,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域。通過對無人機圖像進行特徵提取和對應,實現鄰接圖像間的對應,依據對應關係來計算攝像機的光學參數、攝像機相對於世界坐標系的變化關係;接着,依據圖像間的匹配特徵點對,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;最後,對重建得到的空間三維點雲進行網格化處理及紋理映射,以實現三維重建。

本報記者李禾近日,故宮博物院與騰訊共同簽署深化戰略合作協議,在文物數字化採集與文化研究等領域深入助力「數字故宮」建設。當前的數字技術正在推動整個社會發生廣泛而深刻的「數字變革」,文物古建的數字化保護成了這場變革在文化傳承方面的落腳點。

徐崇斌說,無人機和衛星「打配合」,最終使古建三維建模更高效、更精準。

徐崇斌解釋說,根據平台不同,遙感技術可分為天基、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,利用在大氣層內飛行的各類飛機、飛艇、氣球等作為遙感平台,進行資源調查、空中偵察、攝影測量等的一種手段。

古建往往是無法移動的,並與周圍環境形成了不可分離的歷史風貌。而獲取大尺度、空間高分辨率的多維度文物信息,是航空遙感的優勢。

「巴黎聖母院正是由於做了精細建模,修復工作才不至於無從進行。」徐崇斌說,此前中國航天科技集團五院508所古建築數字化保護團隊針對塔爾寺古建築群的數字化保護工作,除了對整個塔爾寺保護區進行空間信息綜合建模外,還對重要單體建築進行精細化建模,並首次針對古建築進行藏式風格元素的提取。經過精細化建模,古建一旦遭受損失,修復和重建工作則可據此開展。

除了在古建築等文物數字化方面的應用,基於航空航天遙感的三維建模技術還能在智慧城市、測繪導航、環境保護、備災救災等領域廣泛應用。如快速生成地形三維影像、數字模型等,為智慧城市建設提供三維實景地理信息數據支撐;建立備災救災三維地理信息應急系統,災害發生后,迅速獲取災區圖像數據並進行三維重建,通過與災前數據對比,為準確評估災害、制訂救災方案、實施災后重建提供決策依據;對荒漠化、水土流失等進行準確評估,為環保與治理提供科學依據等。

首先,遙感技術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台靈活、操作簡便、不受地形影響等優勢,能夠降低信息更新成本,提高數據更新速度。更重要的是,利用航空遙感技術採集所獲取的數據具有高分辨率、多維度信息的特點,在保證數據準確性的同時也保證了數據的豐富程度。不僅如此,在航空遙感數據基礎上進行數據分析和處理,其結果表現形式多樣,能夠為後續數據分析、呈現以及遺產管理、規劃等工作提供有力支撐。因此,航空遙感非常適合應用於古建築三維場景的真實建模。

遙感技術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。而遙感技術正是基於這種特性,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。

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