BIM技术在古建筑保护中的应用研究

传统测绘方法获取的二维图纸难以满足现有古建筑修缮和保护的要求,本文采用三维激光扫描技术与BIM结合,通过对点云数据的处理可以高效的建立高精度的古建筑三维立体模型,使古建筑三维模型结构化及数据信息化,便于古建筑的数字化存档,为古建筑的修缮和保护提供数据支持。     

BIM技术、三维扫描技术、GIS技术在古建筑修复保护中的运用研究

中国古建筑是中华文化艺术的瑰宝,古建筑保护修缮工作受到社会越来越多的重视。在当今社会各领域数字化、信息化的整体迅速发展的时代,古建筑数字化保护已经逐步走入大众的视野,古建筑保护修缮所运用的技术也随之不断更新。本文以丽江古城的典型古建筑代表木府作为研究对象,研究三维激光扫描技术、BIM技术、倾斜摄影技术在古建筑修复中的运用,并采集并处理其中的点云数据,发现木府古建筑存在的损坏状况,根据得到的点云数据和BIM参考模型,找出适合修复古建筑的方法,对古建筑进行预防性修复。并且对古建筑进行安全评估,找到古建筑档案保护系统建立的理论方法。     

古建筑视觉三维重建系统设计与实现

基于视觉的三维重建一直是计算机视觉领域的研究难点和热点,古建筑文化遗产的三维数字化应用就是其中之一.针对此需求,设计并实现基于图像视觉的古建筑三维重建系统.该系统由单个摄像机采集古建筑的多视角图像序列,通过图像特征提取和匹配、摄像机位置姿态计算、优化算法、三维点云生成、纹理映射等一系列自动计算过程,得到古建筑的三维重建模型.通过实验验证,该系统能够自动计算获取视觉效果良好的古建筑三维重建模型,且其实现成本低、操作简单安全,无须人工干预,可以满足当前古建筑快速安全的三维数字化应用需求.     

面向规则的三维古城虚拟技术的研究

随着三维数字技术的发展,三维虚拟技术逐渐向古建筑领域迈进。但目前对于古建筑建模学术研究较少,研究的大多古建筑的虚拟技术,都以三维建模软件为主。由于三维建模软件的局限性、建设模型数据量大,在大区域的三维虚拟化的应用中,无法体现地形,模型精度不高,位置精度有一定偏差。采用基于CityEngine的面向规则的三维虚拟技术,以阆中古城为对象,对地形处理、地形整平、古建筑结构分析、几何形状分析、空间位置分析、平移和旋转算法设计、附属设施的空间动态布局算法设计、规则编码等进行研究,实现了阆中古城的三维虚拟平台。通过实验证明了该技术的优越性,对今后古建筑的三维虚拟化建设提供了一种技术方法。     

基于三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术的古建筑重建

针对古建筑三维重建中传统技术很难同时兼顾高精度三维信息快速获取和多角度真实地物纹理特征准确采集的难题,提出联合三维激光扫描与倾斜摄影测量技术的古建筑三维重建新方法。新方法充分结合了两种技术的优势,利用特征点匹配算法来实现多源数据精确融合,从而实现古建筑室内外完整三维模型的构建。以中国传统村落渐山村李氏家庙为例,通过该方法构建的三维模型与实际激光测距仪测量数据比较,其相对中误差为5 mm, 且建模效率相对于传统方法也有大幅提升;此外,将构建的模型以不同比例尺进行3D打印与室内外展示,进一步验证了建模数据的可用性;表明该方法将为古建筑文化遗产的修复与保护提供重要技术支持。     

基于三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术的古建筑重建

针对古建筑三维重建中传统技术很难同时兼顾高精度三维信息快速获取和多角度真实地物纹理特征准确采集的难题,提出联合三维激光扫描与倾斜摄影测量技术的古建筑三维重建新方法。新方法充分结合了两种技术的优势，利用特征点匹配算法来实现多源数据精确融合，从而实现古建筑室内外完整三维模型的构建。以中国传统村落渐山村李氏家庙为例，通过该方法构建的三维模型与实际激光测距仪测量数据比较，其相对中误差为5 mm, 且建模效率相对于传统方法也有大幅提升;此外，将构建的模型以不同比例尺进行3D打印与室内外展示，进一步验证了建模数据的可用性;表明该方法将为古建筑文化遗产的修复与保护提供重要技术支持。     

一种基于多源数据融合的文物三维建模方法

针对基于单一数据源对建筑物进行三维模型时,建模质量、精度、完整性具有一定的局限性使得后期修模耗时、耗力、效率低下等问题,以昆明市某文物建筑为研究对象,基于多源数据融合技术,提出一种基于计算机视觉理论中的基本原理进行多源坐标系的统一、基于主成分分析进行初始点云配准的方法,进而提出一种融合多种数据源对文物建筑进行精密三维建模的方法,并比较该方法与单一数据源建模方法的优劣。实验结果证明基于多源数据融合进行三维建模的方法,使各种古建筑三维建模技术优缺互补,规避了使用单一激光点云而无法满足古建筑顶部及局部细节三维建模的问题,使建模数据采集的手段多样化。     

古建筑修复中三维激光扫描仪信息采集自动化技术的应用研究

为提高传统单点测量的准确度,提出基于三维激光扫描仪和3dsMax的古建筑三维建模方法。首先采用三维激光扫描仪对古建筑结构信息进行自动化采集,并利用ICP配准方法对点云数据进行拼接、去噪和缩减处理;然后对处理后的数据进行不同位置的切片,并通过AutoCAD绘制古建筑的平立面图;最后通过3dsMax对古建筑进行三维建模。实验表明,在100 m测距范围内,全站仪的最小误差和最大误差分别为2.92 mm和4.13 mm,比三维激光扫描仪分别高出了2.76 mm和2.39 mm; Z+F IMAGER 5010C三维激光扫描仪的最小误差和最大测距误差分别为0.16 mm和1.74 mm,测距误差更小,测距精度明显高于传统的全站仪。在建模点位精度分析中,非线性与线性两种模型转换下,X和Y方向的最小误差分别为0.17 mm和0.22 mm;最大误差分别为1.05 mm和1.44 mm,满足古建筑建模时的精度要求,可用于古建筑的前期修复中。     

“多规合一”背景下古建筑规划保护辅助审批系统应用研究——以东莞市古建筑为例

城市规划建设过程中,直观评估建设项目对城市古建筑空间的影响对协调新型城镇化背景下文物保护与开发利用之间的关系具有重要意义。设计开发一套基于古建筑三维模型的城市规划审批辅助系统。结合空-地协同的技术思路,采用多旋翼无人机和手持三轴云台相机分别采集古建筑低空和地面的多视角影像,基于倾斜摄影测量技术实现古建筑精细化三维实景还原,建立古建筑空间数据库。运用HTML5和WebGL技术设计开发古建筑保护规划审批辅助决策系统,实现古建筑多源异构数据的综合管理和展示,并提供城市建设项目对周边古建筑空间影响的分析功能。该系统为规划管理部门对古建筑的信息化管理与辅助决策提供支持,为搭建城市“多规合一”平台中古建筑空间保护体系提供参考。     

中国古建筑三维构件库设计研究

对中国古建筑构件的实际构造进行分析研究,阐述古建筑构件库的系统设计和技术实现,结合参数化设计方法和层模式设计架构,运用工厂方法设计模式进行系统实现,保证了系统的可扩展性和平台移植性。力图实现一款比较通用的三维数字化建模软件。     

明清古建筑信息模型设计平台研究

相对于我国古代先进的建筑技术成就,我国在古建信息化方面还比较落后, 急需利用现代信息技术对古建筑保护和开发进行探索和研究。BIM 技术的引入为古建筑的 保护研究提供了新的途径,在深入研究古建筑构件构造特点、建造规律、装饰彩绘以及历史 文化等的基础上,研发了古建筑信息模型设计平台。该平台不仅为古建筑构件信息模型库的 建立和管理提供了基础平台,而且还可以为古建筑的修缮和复原、古建筑的研究以及古建筑 虚拟现实系统等提供精确的信息。     

姿态估计算法在古建筑室内环境中的应用研究

摄像机姿态估计是影响三维注册成功与否的关键技术,目前在基于基本矩阵的估计中最流行的是八点算法,但八点算法针对平面场景出现明显的退化,因此在针对古建筑室内环境的注册应用中,为了扩大场景的适用范围,利用计算机视觉技术,对基于五点算法和八点算法的两种算法进行研究。以盒子结构为古建筑的室内环境结构进行模拟,结果表明,五点算法较八点算法恢复的三维模型有更高的精确性。     

中国古建的三维设计方法研究

中国古建是我国的珍贵文化遗产,保护与研究古建是现时代的重要任务。利用三维设计再现古建筑的形态,是目前解读与研究古建的重要方法。中国古建绝大多数采用木结构,先制作构件,再进行组装;因此,利用三维设计来表现古建,是一个值得研究的课题。本文应用MAYA的建模技术对中国古建进行三维设计提出了较为可行的方法,从＂MAYA＂的三维技术手段对古建的设计研究的影响以及建构方法和实例建模（塔、殿、桥、坊）等方面进行了较好的研究。     

基于卷积神经网络的室内场景三维重建技术研究

三维场景重建技术是计算机视觉领域的十分重要的研究课题。传统三维场景重建大多是专业工程师通过手工制图实现,效率不高且成本较高。对此提出一种基于卷积神经网络的三维场景重建方法。该方法在对2D图像进行语义分割的基础上,提取分割后的室内场景元素图像块,训练一个基于卷积神经网络的三维模型匹配模型;再将匹配得到的三维模型结合深度图构造的残缺三维模型,进一步进行组合,从而完成室内场景的三维重建工作。实验验证了该方法的可行性和优异性。     

利用现有模型修复不完整三维模型

针对通过扫描得到的三维模型经常不完整的问题,提出一种利用现有模型修复不完整扫描模型的方法.首先构建三维源模型库,将现有模型经过选取特征点等处理作为模型库中的源模型;然后选取待修复模型的特征点,通过比较源模型特征点和待修复模型特征点的一致程度,选择出合适的源模型;最后,通过匹配、变形、合并等步骤自动修复不完整模型,得到完整的三维扫描模型.实验结果表明,该方法能很好地修复不完整模型,得到的修复结果是既包含待修复模型的所有组成部分,又对其残缺部分进行合理修复的完整三维模型.     

图像驱动的三维人脸自动生成与编辑算法

针对图像驱动的三维人脸建模这个计算机图形学中的研究热点问题,提出一种采用三维人脸形变模型的三维人脸自动生成与编辑算法.首先建立三维人脸形变模型,由三维人脸数据库统计学习得到线性混合人脸模型,用一个低维的参数向量来描述一个人脸;然后通过人脸检测、人脸对齐、边缘提取等方法从人脸图像中提取人脸的特征,根据这些特征实现三维人脸形变模型与图像的匹配,重建出与图像对应的三维人脸模型;最后,通过改变参数向量的值实现人脸的编辑.对5个输入人脸照片进行了三维人脸模型重建和编辑并且将重建的人脸模型和真实人脸模型进行了对比,实验结果表明,该算法可实现真实化的人脸重建效果.     

基于表面粗糙度的三维模型质量评价研究

数字水印的嵌入会引起三维模型数据的失真,正确评价含水印三维模型的质量可以为三维水印算法的测评提供统一标准。提出了一种新的三维模型质量的评价方法,它首先利用网格模型中二面角为基本度量单位计算出整个原始三维模型的粗糙度,然后在嵌入水印以后用同样的方法计算出含水印三维模型的粗糙度,最后得到嵌入水印前后粗糙度的增量,并将其作为水印嵌入对三维模型造成的失真度的度量。大量实验结果表明,相比传统的质量评价方法,该方法更加适用于三维网格模型。该质量评价方法还可用于评价各种水印攻击对含水印三维模型造成损害的程度。     

融合制造语义的三维工序模型序列重用方法

针对目前三维工序模型序列重用缺少对加工特征尺寸、加工精度、形位公差等制造信息的考虑,不能很好地支持零件制造过程工艺设计重用的问题,提出一种融合制造信息的三维工序模型序列重用方法.首先,利用图同构原理对工艺路线中三维工序模型序列进行优化,减少搜索空间;然后,利用子图同构对三维工序模型加工特征进行匹配,通过融合制造信息对加工特征匹配进行预处理和相似性评价,以获取具有最相似加工特征的三维工序模型;其次,设计三维工序模型序列优化算法获取同构的三维工序模型序列;最后,以某型轴零件工艺设计过程为例进行实例验证,结果表明融合制造信息的三维工序模型序列重用方法能够准确地根据指定制造特征进行工艺设计重用,具有良好的应用效果.     

基于Generative Component的中国古建筑参数化设计

为有效分析古建筑,利用参数化建模软件Generative Component（GC）,结合编程设计对中国古建筑主要结构和构件进行参数化分析,找出其内在结构的规律性及各构件之间的参数关系,实现古建筑的数字化、参数化描述,生成参数可修改的结构化三维模型.     

三维几何模型数字水印综述

主要对近些年来在三维几何模型数字水印研究方面的算法进行了总结.首先给出了三维几何模型数字水印的一些基本概念,进而对三维水印在空域和变换域的典型算法进行了介绍,最后对三维几何模型的难点和发展前景进行了总结和展望.