CN107172408A - 单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数字建模技术领域，公开了一种单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法，包括：制定采集、加工标准与模型制作工作计划；采用单反摄影对数字化对象分析、采集方案制定、现场基础数据采集。通过基础数据采集到的数据，对各种类照明环境和多个角度里采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡来消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；对贴图照片进行几何校正；进行场景数据整合。进行古建筑三维数据审查。本发明有效的解决了随着技术和设备发展更新大数据量的运行和海量数据进行色彩管理的难点。
Description
技术领域
本发明属于数字建模技术领域，尤其涉及一种单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法。
背景技术
传统的方法组织大规模人力现场采集测量积累了大量的古建筑工程测绘图纸和文档资料；但是人工操作存在费时费力，成本高，工作效率低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法。
本发明是这样实现的，一种单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法，所述单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法包括：
步骤一，制定采集、加工标准与模型制作工作计划，确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行；
步骤二，采用单反摄影对数字化对象分析、采集方案制定、现场基础数据采集；
步骤三，通过基础数据采集到的数据，对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；对贴图照片进行几何校正；
步骤四，通过三维建模方法或无人机将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，进行场景数据整合；
步骤五，进行古建筑三维数据审查，判定符合文物三维数字化要求的程度判定依据是制作标准、图纸资料照片和实际需求。
进一步，所述步骤一具体包括：
对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生,确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行采集、加工标准的制定；
合理地安排每一个环节制定一个合理的进度管理表。
进一步，所述步骤三具体包括：
通过基础数据采集到的数据有共同特性比较散乱数据量巨大,满足基础数据在使用上的便捷和存储的需要数研所根据古建筑的结构特点按照相互关系采用分层级的方式进行基础数据分类和管理存储数据文件层级；
真实还原古建筑雕饰和彩绘上的纹理色彩信息必须对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；
对贴图照片进行几何校正的目的是:为了消除在基础数据采集过程中由于角度、位置、焦距、透视、稳定度以及遮挡拍摄条件对贴图照片数据造成的各种几何变形；
对单幅彩画进行分段采集得到多张不同位置的局部贴图照片通过平面软件的图像拼接技术对彩画贴图照片进行无缝拼接处理制作完成的三维模型数据；
贴图照片数据修复单元，用于对文物本身破损和采集存在问题的照片进行修复。
进一步，所述步骤四具体包括：
场景空间环境搭建是古建筑三维模型重建的基础，利用古建筑工程测绘图纸要求图纸中完整地记录台基、砖墙和门窗木构瓦顶结构在三维软件里将平面图、东、南、西、北各个立面图以及屋顶的顶视图这6个角度或者其它不规则古建筑的个侧面的立面图加顶底视图的图纸按照设定的虚拟坐标位置、单位比例、尺寸大小进行穿插搭建完成一个虚拟立体空间里的图纸场景环境通俗理解就是用图纸搭建的结构大框架；
把结构部件模型比作积木完成所有结构部件模型制作才算积累出一副完整的积木模型，古建筑结构部件模型制作包括几何模型制作和贴图纹理映射几何模型制作指:台基、砖墙、门窗、柱梁、斗拱、瓦顶脊兽的无纹理贴图的模型制作，贴图纹理映射指，将修复、拼接和处理完成的建筑表面纹理贴图在三维软件中参照实地纪录的参考照片利用三维软件中的贴图UV功能赋予给素色几何模型真实还原部件的造型和色彩原状；
通过三维扫描建模方法将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，使用三维扫描建模的对象物体均是外形复杂加之对三维模型数据的精度需求高依靠手工建立三维模型比较困难或无法完成的部件结构；
在搭建好的虚拟图纸场景环境中参照局部实际照片进行结构部件模型的嵌入合成作业，统一处理场景中的光影、明暗效果协调色彩关系提高场景的逼真程度。
本发明的另一目的在于提供一种所述单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统，所述单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统包括：
制作管理策划模块，制定采集、加工标准与模型制作工作计划，对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行；
基础数据采集模块，采用单反摄影对数字化对象分析、采集方案制定、现场基础数据采集；
贴图照片数据处理模块，通过基础数据采集到的数据，对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；对贴图照片进行几何校正；
三维模型数据制作模块，通过三维扫描建模方法将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，进行场景数据整合；
数据质量监控模块，进行古建筑三维数据审查，判定符合文物三维数字化要求的程度判定依据是制作标准、图纸资料或实际影像资料照片和实际需求。
进一步，所述制作管理策划模块包括：
制作管理策划单元，对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生，以确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行采集、加工标准的制定；
制定工时进度管理单元，合理地安排每一个环节制定一个合理的进度管理表。
进一步，所述贴图照片数据处理模块包括：
数据分类和管理单元，通过基础数据采集到的数据有共同特性比较散乱数据量巨大,满足基础数据在使用上的便捷和存储的需要数研所根据古建筑的结构特点按照相互关系采用分层级的方式进行基础数据分类和管理存储数据文件层级；
贴图照片数据色彩管理单元，为了真实还原古建筑雕饰和彩绘上的纹理色彩信息必须对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡，消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；
贴图照片几何校正单元，用于对贴图照片进行几何校正的目的是:为了消除在基础数据采集过程中由于角度、位置、焦距、透视以及遮挡拍摄条件对贴图照片数据造成的各种几何变形；
彩画贴图照片数据拼接单元，对单幅彩画进行分段采集得到多张不同位置的局部贴图照片通过平面软件的图像拼接技术对彩画贴图照片进行无缝拼接处理制作完成的三维模型数据；
贴图照片数据修复单元，用于对古建筑文物本身破损和采集存在问题的照片修复。
本发明的优点及积极效果为：利用虚拟现实技术及其他数字技术立体再现文化遗产的原貌更好地促进对于文化遗产的研究和展示探索新的表现形式和展示方式，全方位推进数字技术在古建筑的综合应用；单反摄影技术结合传统测量，有效的解决了随着技术和设备发展更新大数据量的运行和海量数据进行色彩管理的难点。解决了传统人工操作存在费时费力，成本高，工作效率低的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法流程图。
图2是本发明实施例提供的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法包括以下步骤：
S101：制定采集、加工标准与模型制作工作计划在整个古建筑三维数字化工作中起着非常重要的作用，可以对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生；确保数据采集和模型加工等各环节的工作有序进行。
S102：采用单反摄影对数字化对象分析、采集方案制定、现场基础数据采集。
S103：通过基础数据采集到的数据，对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；对贴图照片进行几何校正。
S104：通过三维扫描建模方法将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，进行场景数据整合。
S105：进行古建筑三维数据审查，判定符合古建筑文物三维数字化要求的程度判定依据是制作标准、图纸资料照片和实际需求。
如图2所示，本发明实施例提供的本发明实施例提供的(重复了)单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统包括：
制作管理策划模块1，制定采集、加工标准与模型制作工作计划在整个古建筑三维数字化工作中起着非常重要的作用，可以对整个制作过程进行规范，减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生，确保数据采集和模型加工等各环节的工作有序进行。
基础数据采集模块2，采用单反摄影对数字化对象分析、采集方案制定、现场基础数据采集。
贴图照片数据处理模块3，通过基础数据采集到的数据，对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；对贴图照片进行几何校正。
三维模型数据制作模块4，通过三维扫描建模方法将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，进行场景数据整合。
数据质量监控模块5，进行古建筑三维数据审查，判定符合文物三维数字化要求的程度判定依据是制作标准、图纸资料照片和实际需求。
制作管理策划模块1包括：
制作管理策划单元，对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生，确保数据采集和模型加工等各环节的工作有序进行采集、加工标准的制定。
制定工时进度管理单元，合理地安排每一个环节，制定一个合理的进度管理表。
贴图照片数据处理模块3包括：
数据分类和管理单元，通过基础数据采集到的数据有共同特性：比较散乱、数据量巨大。为了满足基础数据在使用上的便捷和存储的需要，数研所根据古建筑的结构特点按照相互关系采用分层级的方式进行基础数据分类和管理存储数据文件层级。
贴图照片数据色彩管理单元，为了真实还原古建筑雕饰和彩绘上的纹理色彩信息必须对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据。
贴图照片几何校正单元，用于对贴图照片进行几何校正的目的是:为了消除在基础数据采集过程中由于角度、位置、焦距、透视以及遮挡等拍摄条件对贴图照片数据造成的各种几何变形。
彩画贴图照片数据拼接单元，对单幅彩画进行分段采集得到多张不同位置的局部贴图照片通过平面软件的图像拼接技术对彩画贴图照片进行无缝拼接处理制作完成的三维模型数据。
贴图照片数据修复单元，用于对文物本身破损和采集存在问题的照片修复。
三维模型数据制作模块4具体包括：
场景空间环境搭建是古建筑三维模型重建的基础，利用古建筑工程测绘图纸要求图纸中完整地记录台基、砖墙和门窗木构瓦顶等结构在三维软件里将平面平面图、东、南、西、北各个立面图以及屋顶的顶视图这6个角度或者其它不规则古建筑的个侧面的立面图加顶底视图的图纸按照设定的虚拟坐标位置、单位比例、尺寸大小进行穿插搭建完成一个虚拟立体空间里的图纸场景环境通俗理解就是用图纸搭建的结构大框架；
把结构部件模型比作积木完成所有结构部件模型制作才算积累出一副完整的积木模型古建筑结构部件模型。制作包括几何模型制作和贴图纹理映射几何模型制作指:台基、砖墙、门窗、柱梁、斗拱、瓦顶脊兽等无纹理贴图的模型制作贴图纹理映射指，将修复、拼接和处理完成的建筑表面纹理贴图在三维软件中参照实地纪录的参考照片利用三维软件中的贴图UV功能赋予给素色几何模型真实还原该部件的造型和色彩原状；
通过三维扫描建模方法将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，使用三维扫描建模的对象物体均是外形复杂加之对三维模型数据的精度需求高依靠手工建立三维模型比较困难或无法完成的部件结构；
在搭建好的虚拟图纸场景环境中参照局部实际照片进行结构部件模型的嵌入合成作业，统一处理场景中的光影、明暗效果协调色彩关系提高场景的逼真程度。
数据质量监控模块5，数据质量监控主要手段是进行古建筑三维数据审查其目的是判定符合文物三维数字化要求的程度判定依据是制作标准、图纸资料照片和实际需求通过审查发现和记录模型数据的错误问题进行返工修改尽量减少数据误差保证数据的完整和准确提高模型的质量使文物三维数据能满足在保存、研究、展示和文物附加商品的设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法，其特征在于，所述单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法包括：
步骤一，制定采集、加工标准与模型制作工作计划，确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行；
步骤二，采用单反摄影对数字化对象分析、采集方案制定、现场基础数据采集；
步骤三，通过采集到的基础数据，对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；对贴图照片进行几何校正；
步骤四，通过三维建模方法或无人机将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，进行场景数据整合；
步骤五，进行古建筑三维数据审查，判定符合文物三维数字化要求的程度判定依据是制作标准、图纸资料照片和实际需求。
2.如权利要求1所述的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：
对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生,确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行采集、加工标准的制定；
合理地安排每一个环节制定一个合理的进度管理表。
3.如权利要求1所述的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：
通过基础数据采集到的数据有共同特性比较散乱数据量巨大,满足基础数据在使用上的便捷和存储的需要数研所根据古建筑的结构特点按照相互关系采用分层级的方式进行基础数据分类和管理存储数据文件层级；
真实还原古建筑雕饰和彩绘上的纹理色彩信息必须对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；
对贴图照片进行几何校正的目的是:为了消除在基础数据采集过程中由于角度、位置、焦距、透视、稳定度以及遮挡拍摄条件对贴图照片数据造成的各种几何变形；
对单幅彩画进行分段采集得到多张不同位置的局部贴图照片通过平面软件的图像拼接技术对彩画贴图照片进行无缝拼接处理制作完成的三维模型数据；
贴图照片数据修复单元，用于对文物本身破损和采集存在问题的照片修复。
4.如权利要求1所述的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：
场景空间环境搭建是古建筑三维模型重建的基础，利用古建筑工程测绘图纸要求图纸中完整地记录台基、砖墙和门窗木构瓦顶结构在三维软件里将平面图、东、南、西、北各个立面图以及屋顶的顶视图这6个角度或者其它不规则古建筑的个侧面的立面图加顶底视图的图纸按照设定的虚拟坐标位置、单位比例、尺寸大小进行穿插搭建完成一个虚拟立体空间里的图纸场景环境通俗理解就是用图纸搭建的结构大框架；
把结构部件模型比作积木完成所有结构部件模型制作才算积累出一副完整的积木模型，古建筑结构部件模型制作包括几何模型制作和贴图纹理映射几何模型制作指:台基、砖墙、门窗、柱梁、斗拱、瓦顶脊兽的无纹理贴图的模型制作，贴图纹理映射指，将修复、拼接和处理完成的建筑表面纹理贴图在三维软件中参照实地纪录的参考照片利用三维软件中的贴图UV功能赋予给素色几何模型真实还原部件的造型和色彩原状；
通过三维扫描建模方法将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，使用三维扫描建模的对象物体均是外形复杂加之对三维模型数据的精度需求高依靠手工建立三维模型比较困难或无法完成的部件结构；
在搭建好的虚拟图纸场景环境中参照局部实际照片进行结构部件模型的嵌入合成作业，统一处理场景中的光影、明暗效果协调色彩关系提高场景的逼真程度。
5.一种如权利要求1所述单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模方法的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统，其特征在于，所述单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统包括：
制作管理策划模块，制定采集、加工标准与模型制作工作计划，对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行；
基础数据采集模块，采用单反摄影对数字化对象分析、采集方案制定、现场基础数据采集；
贴图照片数据处理模块，通过基础数据采集到的数据，对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；对贴图照片进行几何校正；
三维模型数据制作模块，通过三维扫描建模方法将造型复杂、工艺精美的建筑雕塑部件真实、完美地呈现在电脑屏幕上，进行场景数据整合；
数据质量监控模块，进行古建筑三维数据审查，判定符合文物三维数字化要求的程度判定依据是制作标准、图纸资料或实际影像资料照片和实际需求。
6.如权利要求5所述的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统，其特征在于，所述制作管理策划模块包括：
制作管理策划单元，对整个制作过程进行规范减少或避免三维模型数据和数据制作进度方面的问题发生，以确保数据采集和模型加工各环节的工作有序进行采集、加工标准的制定；
制定工时进度管理单元，合理地安排每一个环节制定一个合理的进度管理表。
7.如权利要求5所述的单反摄影技术结合传统测量的高精度古建筑数字建模系统，其特征在于，所述贴图照片数据处理模块包括：
数据分类和管理单元，通过基础数据采集到的数据有共同特性比较散乱数据量巨大,满足基础数据在使用上的便捷和存储的需要数研所根据古建筑的结构特点按照相互关系采用分层级的方式进行基础数据分类和管理存储数据文件层级；
贴图照片数据色彩管理单元，为了真实还原古建筑雕饰和彩绘上的纹理色彩信息必须对多个照明环境下和多个角度采集到的基础影像数据进行色彩校正和统一的亮度、色彩平衡，消除不同环境光对贴图纹理造成的色差和明暗差异模拟出与实际建筑环境色彩一致的三维模型数据；
贴图照片几何校正单元，用于对贴图照片进行几何校正的目的是:为了消除在基础数据采集过程中由于角度、位置、焦距、透视以及遮挡拍摄条件对贴图照片数据造成的各种几何变形；
彩画贴图照片数据拼接单元，对单幅彩画进行分段采集得到多张不同位置的局部贴图照片通过平面软件的图像拼接技术对彩画贴图照片进行无缝拼接处理制作完成的三维模型数据；
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