三維激光掃描技術(shù)在考古方面的應(yīng)用簡(jiǎn)介一、現(xiàn)狀概述我國(guó)是一個(gè)歷史悠久的國(guó)家，長(zhǎng)期的歷史發(fā)展使我國(guó)形成了大量的文物，這 些是我國(guó)寶貴的文物資源，而對(duì)于考古工作者而言，大量的文物也意味著文物保 護(hù)的海量工作與巨大的挑戰(zhàn)。在早期，僅僅依靠簡(jiǎn)單的手工設(shè)備如度量尺等，考 古工作者每次進(jìn)行相關(guān)測(cè)繪都十分困難，往往耗時(shí)耗力而且效果不理想。近年來(lái)， 隨著測(cè)繪領(lǐng)域中遙感與3D建模技術(shù)的不斷進(jìn)步，考古工作者逐漸引進(jìn)相關(guān)成熟 技術(shù)，才使得考古勘探建模過(guò)程變得更加高速、準(zhǔn)確，分辨更加清晰，呈現(xiàn)形式 更加形象多樣。而三維激光掃描技術(shù)更是近年來(lái)應(yīng)用在考古方面的最為成熟、便 捷的技術(shù)之一。1三維激光掃描技術(shù)原理三維激光掃描技術(shù)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)考古與文物的勘探與檢測(cè)，最重要的工作 原理是利用了脈沖測(cè)距與相位測(cè)距兩大原理。前者主要是依據(jù)激光脈沖的傳播時(shí) 間來(lái)進(jìn)行檢測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。后者的相位測(cè)距主要是通過(guò)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(jìn)行被檢測(cè)點(diǎn)的距離值估算。正是 基于這兩大基本原理，掃描儀進(jìn)行被測(cè)物體的信息采集與抽煙，進(jìn)而獲取到每一 個(gè)采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)點(diǎn)集合。這就是所謂的“點(diǎn)云”。利用專業(yè)的數(shù)據(jù)對(duì)這個(gè)“點(diǎn) 云”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而快速生成三維數(shù)據(jù)模型。1如上所述，三維激光掃描技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)便是可以自動(dòng)而且快速地建立被測(cè) 對(duì)象的數(shù)字模型，而在考古工作中，經(jīng)常會(huì)有測(cè)繪某一個(gè)古建筑或者文物（如： 雕像）甚至是某一考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)的任務(wù)，這個(gè)時(shí)候采用傳統(tǒng)測(cè)繪手段無(wú)疑是耗時(shí) 耗力的，而三維激光掃描技術(shù)可以很好的提高考古工作的工作效率并提供更好的 技術(shù)支持。下面將以圖片的形式簡(jiǎn)單展示三維激光掃描技術(shù)在考古領(lǐng)域中的應(yīng)用情況， 三組圖片展示三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)、古建筑測(cè)繪、遺跡測(cè)繪三個(gè)方面的 應(yīng)用實(shí)例，分別為昆明筇竹寺雕塑掃描建模、中山開平碉樓存檔、湖北某地一座 戰(zhàn)國(guó)古墓現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪。圖1：三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用圖2：三維激光掃描技術(shù)在古建筑測(cè)繪中的應(yīng)用圖3：三維激光掃描技術(shù)在考古現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪的應(yīng)用二、三維激光掃描技術(shù)在不同考古領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例在前文已經(jīng)介紹了三維激光掃描技術(shù)在現(xiàn)代考古工作中的重要作用以及一 些簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例介紹，下面將從石窟雕像保護(hù)、古建筑測(cè)繪、浮雕壁畫保護(hù)這 三個(gè)方面重點(diǎn)介紹三維激光掃描技術(shù)帶來(lái)的技術(shù)革新以及對(duì)文物保護(hù)等的重要 作用。1.石窟雕像在我國(guó)有著眾多的石窟，比如著名的洛陽(yáng)石窟、莫高窟等，其中有著許多我 國(guó)寶貴的雕像文物，這些都是我國(guó)文物保護(hù)的重點(diǎn)研究對(duì)象。但是由于石窟雕像 多以石料為原料雕刻而成，多年來(lái)因?yàn)榄h(huán)境原因損壞較多，而且在戰(zhàn)亂年代飽受 災(zāi)難。為了保存祖先們用智慧和汗水留下來(lái)的寶貴文化財(cái)富，很多專家都致力于 對(duì)佛像的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，在早期，因?yàn)榧夹g(shù)的限制，我們對(duì)佛像的保存僅僅通過(guò) 原始的測(cè)量手段，如人工測(cè)量、人工繪制等方式，這對(duì)保存相關(guān)的雕像信息帶來(lái) 了很大的麻煩。三維激光掃描技術(shù)在近年來(lái)一直被廣泛用于解決雕像保護(hù)中的以上問(wèn)題，器 所具備的快速測(cè)量復(fù)雜構(gòu)造，自動(dòng)生成三維數(shù)據(jù)圖像的先天優(yōu)勢(shì)，使得三維激光 掃描技術(shù)在雕像保護(hù)方面有著獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)。而且不光在掃描存儲(chǔ)現(xiàn)有的雕像 信息方面三維激光掃描發(fā)揮著巨大的作用，其輸出的獨(dú)特的三維立體數(shù)據(jù)在和現(xiàn) 代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合后，可以用來(lái)進(jìn)行很好的雕像虛擬修復(fù)，而且該技術(shù)能應(yīng)用 與雕像的監(jiān)測(cè)，定期的三維激光掃描有助于我們發(fā)現(xiàn)雕像是否出現(xiàn)損壞，實(shí)時(shí)跟 蹤文物損壞情況并及時(shí)對(duì)文物進(jìn)行相關(guān)修復(fù)跟蹤工作。2圖4：三維激光掃描在雕像文物測(cè)繪上的應(yīng)用2.古建筑在中華文化漫長(zhǎng)的歷史中，有許多承載著重要文化內(nèi)涵和見證者中國(guó)文化和 歷史發(fā)展的古建筑，但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，古建筑的價(jià)值逐漸受到人們的重 視，因而古建筑保護(hù)工作逐漸開始備受人們關(guān)注，現(xiàn)階段考古屆傾向于采取積極 地手段對(duì)古建筑進(jìn)行保護(hù)和利用，而在我們對(duì)古建筑的維護(hù)、整理或修復(fù)的過(guò)程 中，我們必須要知道古建筑的原有空間格局與尺度，這也就要求我們必須事先對(duì) 古建筑進(jìn)行相關(guān)的精確地測(cè)繪工作。在早先時(shí)期，考古學(xué)家只能用直尺、角尺和錘球等測(cè)量工具直接人工量取建 筑物及其構(gòu)件的尺寸而獲得相關(guān)的測(cè)繪資料，無(wú)疑，這是極其耗費(fèi)精力和人力的。 考慮到我國(guó)有著數(shù)量龐大的古建筑遺跡，人們迫切需要一種能夠快速精確對(duì)古建 筑進(jìn)行測(cè)繪的技術(shù)手段。無(wú)疑，三維激光掃描技術(shù)是最合適的選擇之一。通過(guò)三維激光掃描技術(shù)測(cè)繪的古建筑，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助手段得到相關(guān)建 筑的三維圖片已經(jīng)構(gòu)件準(zhǔn)確的二維剖析圖。三維激光掃描技術(shù)得到的測(cè)繪資料， 可以精確地重構(gòu)從包含空間場(chǎng)景到局部細(xì)節(jié)的建筑模型，并且在計(jì)算機(jī)上可以通 過(guò)數(shù)據(jù)分析等相關(guān)手段對(duì)建筑的梁架體系、斗拱的類型進(jìn)行相關(guān)的對(duì)比，斷代。 這對(duì)后期的古建筑修復(fù)工作有著重要的意義。圖5：三維激光掃描在古建筑測(cè)繪方面的應(yīng)用3.浮雕文物浮雕文物作為文物中比較特殊的一類，是雕刻的一種，雕刻者在一塊平板上 將他要塑造的形象雕刻出來(lái)，使它脫離原來(lái)材料的平面。浮雕是雕塑與繪畫結(jié)合 的產(chǎn)物，用壓縮的辦法來(lái)處理對(duì)象，靠透視等因素來(lái)表現(xiàn)三維空間，并只供一面 或兩面觀看。浮雕一般是附屬在另一平面上的，因此在建筑上使用更多，用具器 物上也經(jīng)?？梢钥吹?。在墓葬考古現(xiàn)場(chǎng)，往往會(huì)有浮雕繪畫文物的出圖，由于浮雕文物本身的特性， 僅僅只是通過(guò)圖像的方式記錄并不能很好的存儲(chǔ)浮雕的所有信息，這個(gè)時(shí)候我們 就需要一個(gè)能夠精確測(cè)繪浮雕表面的測(cè)繪手段，無(wú)疑，三維激光掃描技術(shù)可以很 好的承擔(dān)這一任務(wù)。浮雕信息在傳統(tǒng)攝像存儲(chǔ)時(shí)，我們需要進(jìn)行左中右三個(gè)不同角度的全景拍攝 才能比較完整的保存浮雕的整體信息，但是浮雕具體雕刻情況的信息并沒有很好 地在圖像上反映出來(lái)。但是，前文也提到過(guò)，三維激光掃描技術(shù)有著一個(gè)最大的 優(yōu)勢(shì)就是它可以精確地反映掃描對(duì)象的細(xì)節(jié)特征，而浮雕測(cè)繪記錄過(guò)程同樣也要 求這精確地反映浮雕的細(xì)節(jié)特征。圖6：三維激光掃描在浮雕文物相關(guān)方面的應(yīng)用二、綜述隨著時(shí)代的進(jìn)步，各種技術(shù)也在不斷進(jìn)步，雖然考古是一個(gè)回溯歷史，發(fā)現(xiàn) 歷史，保護(hù)歷史的過(guò)程，但是在發(fā)掘和保護(hù)歷史的過(guò)程中，我們需要不斷為考古 注入新時(shí)代科技的新鮮血液?？脊攀且粋€(gè)交叉了很多其他學(xué)科的交叉學(xué)科，需要不斷的汲取新的技術(shù)才能 不斷地?zé)òl(fā)出新的活力，才能更好地保護(hù)人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程中留下來(lái)的寶貴的精 神和文化財(cái)富。567參考文獻(xiàn):1 曾寶棟，三維激光掃描技術(shù)在考古勘探中的應(yīng)用分析，西北大學(xué)文化遺產(chǎn)學(xué)院 考古系2 徐洪峰、張瑜楠、李海全，三維激光掃描技術(shù)在佛像保護(hù)中的應(yīng)用，山東城市 建設(shè)職業(yè)學(xué)院3 丁寧、王倩、陳明九，基于三維激光掃描技術(shù)的古建保護(hù)分析與展望，山東建 筑大學(xué)土木工程學(xué)院4 劉濤，三維激光掃描技術(shù)在浮雕保護(hù)中的應(yīng)用，貴州民族大學(xué)建筑工程學(xué)院地 質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心其他未引用參閱文獻(xiàn)：5 宋曉紅、袁慧，三維激光掃描技術(shù)在古建筑文物保護(hù)中的應(yīng)用研究，河南省測(cè)繪地理信息局信息中心 河南鄭州回高利峰、李濱、廖子敬，三維激光掃描技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用，山西 科技,20157劉圣敏，三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用，機(jī)電信息，2015 33