CN109598782A - 基于三维建模技术的建筑文物修复方法、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于三维建模技术的建筑文物修复方法、存储介质，方法包括：获取对应建筑文物全方位的三维实景模型；依据所述三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面；获取依据所述断裂曲面和所述三维实景模型构建得到的三维修复部位模型；匹配所述修复部位模型和断裂曲面，获取修复后三维模型。本发明能够获取高精度、高保真的修复后三维模型和三维修复部位模型，为建筑文物的修复工作提供直观、全面、详细的参考依据，提高修复效率和专业性。
Description
技术领域
本发明涉及三维建模领域，具体涉及基于三维建模技术的建筑文物修复方法、存储介质。
背景技术
目前，针对大型历史文物，如大型建筑物的保护修复技术，存在无法获取建筑物全方位现状的问题。因而无法在修复方案研讨过程以及实际修复过程中提供有效参考。
与此同时，现有三维建模技术中的数据获取技术是基于三维激光扫描设备，但是三维激光扫描设备由于仅限于平面的移动扫描，因此无法或者难以获取大型建筑物的高层顶部信息。受限于部分数据的获取问题，针对大型建筑物的激光扫描无法达到扫描数据的完整性。
并且，现有的三维建模技术仍存在三维点云数据与影像数据无法在同一个处理软件中进行匹配、建模和输出的问题。由此导致三维建模过程操作存在复杂性问题。
综上，有需求解决上述三维建模技术存在的问题，以基于三维建模技术提供一种全新的建筑文物修复方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供基于三维建模技术的建筑文物修复方法、存储介质，能够为建筑文物的修复工作提供直观、全面、详细的参考依据，提高修复效率和专业性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
基于三维建模技术的建筑文物修复方法，包括：
获取对应建筑文物全方位的三维实景模型；
依据所述三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面；
获取依据所述断裂曲面和所述三维实景模型构建得到的三维修复部位模型；
匹配所述修复部位模型和断裂曲面，获取修复后三维模型。
本发明提供的另一个技术方案为：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序在被处理器执行时，能够实现上述基于三维建模技术的建筑文物修复方法所包含的步骤。
本发明的有益效果在于：能通过逆向工程软件获取待修复部位的断裂曲面以及将其与虚拟修复后得到的三维修复部位模型进行高精度匹配；同时获取虚拟修复后三维模型和对应的三维修复部位模型。从而能够为建筑文物的修复工作提供直观、全面、详细的参考依据，提高修复效率和专业性。
附图说明
图1为本发明基于三维建模技术的建筑文物修复方法的流程示意图；
图2为本发明实施一的修复方法的流程示意图；
图3为本发明实施例一的建筑文物的现实影像图；
图4为图3的建筑文物的三维点云数据图；
图5为基于图4构建的三维实景模型示意图；
图6为实施例一的修复后三维模型示意图；
图7为对应图6的3D打印模型示意图；
图8为对应图7的翻模成品示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：能构建得到待修复的建筑文物对应的三维修复部位模型和修复后三维模型，为建筑文物的修复工作提供直观、全面、详细的参考依据。
本发明涉及的技术术语解释:
请参照图1，本发明提供基于三维建模技术的建筑文物修复方法，包括：
获取对应建筑文物全方位的三维实景模型；
依据所述三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面；
获取依据所述断裂曲面和所述三维实景模型构建得到的三维修复部位模型；
匹配所述修复部位模型和断裂曲面，获取修复后三维模型。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：能通过逆向工程软件获取待修复部位的断裂曲面以及将其与虚拟修复后得到的三维修复部位模型进行高精度匹配；同时获取虚拟修复后三维模型和对应的三维修复部位模型。从而能够为建筑文物的修复工作提供直观、全面、详细的参考依据，提高修复效率和专业性。
进一步的，所述获取对应建筑文物全方位的三维实景模型，具体为：
通过无人机倾斜摄影获取建筑文物全方位的影像数据；
依据所述影像数据构建得到建筑文物对应的三维实景模型。
由上述描述可知，通过无人机倾斜摄影解决现有的三维激光扫描设备无法或难以获取大型建筑文物高层顶部影像数据的问题，能够确保获取完整的影像数据，实现为对应待修复建筑文物三维建模提供数据支持。
进一步的，所述依据所述三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面，具体为：
通过逆向工程软件对所述三维实景模型依次进行三角网格编辑和曲面建模，获取优化三维实景模型；
依据所述优化三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面。
由上述描述可知，通过三角网格编辑和曲面建模，对精度相对较低的三维实景模型进行优化，以提升模型精度，使其更贴近于现实实物。
进一步的，所述通过逆向工程软件构建得到待修复部位的断裂曲面，具体为：
识别所述优化三维实景模型中的一断裂面；
对所述一断裂面进行特征提取，构建得到对应的断裂曲面；
获取所述优化三维实景的各个待修复部位各自对应的断裂曲面。
由上述描述可知，通过断裂面的准确识别和特征提取，构建高精度的断裂曲面，为虚拟修复和待修复部位模型的构建提供准确的数据支持。
进一步的，所述获取依据所述断裂曲面和所述三维实景模型构建得到的三维修复部位模型，具体为：
获取依据各个断裂曲面和所述三维实景模型，分别构建得到的各个三维修复部位模型。
由上述描述可知，若待修复部位不止一个，则分别构建出独立的三维修复部位模型，便于修复参考工作的开展。
进一步的，所述匹配所述修复部位模型和断裂曲面，获取修复后三维模型，具体为：
通过匹配所述修复部位模型与断裂曲面之间对接的碎片，获取修复后三维模型。
由上述描述可知，通过邻接碎片之间的精准匹配，提高所获取的修复后三维模型的精准度。
进一步的，还包括：
对所述三维修复部位模型和所述修复后三维模型分别进行参数化设计处理；
分别依据处理后的三维修复部位模型和处理后的修复后三维模型，通过3D打印技术打印出与翻模工艺材料收缩率对应的修复部位模型和修复后模型。
由上述描述可知，进行参数化设计，可供数据分析、二次调用与交互，其便于后续能准确的进行放大缩小3D打印的比例而不失真。
本发明提供的另一个技术方案为：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序在被处理器执行时，能够实现上述基于三维建模技术的建筑文物修复方法所包含的步骤。
对应本领域普通技术人员可以理解实现上述技术方案中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来实现的，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的流程。
其中，所述的存储介质可以是磁盘、光碟、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
实施例一
请参照图2，本实施例提供基于三维建模技术的建筑文物修复方法，包括：
S1：通过无人机倾斜摄影获取建筑文物全方位的影像数据；
具体的，使用无人机，通过挂接倾斜相机，获取包括建筑文物的高层影像数据的全方位影像数据。其中一个视角的摄影数据如图3所示。
S2：依据所述影像数据构建得到建筑文物对应的三维实景模型；
先依据影像数据获取对应的三维点云数据，如图4所示，再据此构建得到三维实景模型，如图5所示。根据无人机获取的影像数据，异于三维激光扫描设备获取的数据，建立待修复文物的三维实景模型更为精细。
S3：通过逆向工程软件对所述三维实景模型依次进行三角网格编辑和曲面建模，获取精度更高的优化三维实景模型。
其中，三角网格的产生是在三维实景模型的建模过程中，依据点云数据，以三点一面的方式构成的表面三角面片，初步模型正是由无数个表面三角面片构成，这个模型的精度较低。所述的三角网格编辑，即去除三维实景模型中由三角网格造成的细微棱角，使模型更平滑。曲面建模是基于消除三角网格后的模型进行的操作，能使模型获取进一步的平滑效果，且更具流线性，更立体，贴近于真实。
S4：依据所述优化三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面。
具体的，该步骤可以包括：
S41：识别所述优化三维实景模型中的一断裂面；
S42：对所述一断裂面进行特征提取，构建得到对应的断裂曲面；
S43：获取所述优化三维实景的各个待修复部位各自对应的断裂曲面。
S5：获取依据所述断裂曲面和所述三维实景模型构建得到的三维修复部位模型。
该步骤为获取通过计算机虚拟修复的结果，所获取的三维修复部位模型，可供修复做数据分析、处理和交互。具体的，获取依据各个断裂曲面和所述三维实景模型，分别构建得到的各个三维修复部位模型。即针对一个断裂曲面，依据三维实景模型进行虚拟修复，构建得到对应的三维修复部位模型，由此，对应多个断裂曲面，构建得到各自对应的独立的三维修复部位模型。
在一具体实施方式中，可通过CAD造型建立实现三维修复部位模型的获取。
S6：匹配所述修复部位模型和断裂曲面，获取修复后三维模型。
具体的，通过匹配所述修复部位模型与断裂曲面之间对接的碎片，获取如图6所示的修复后三维模型。
该步骤为自动高精度装配设计的过程。
优选的，将对应修复后三维模型的效果图进行输出，为修复工作提供平面参考资料。
S7：对所述三维修复部位模型和所述修复后三维模型分别进行参数化设计处理。
通过分别对三维修复部位模型和所述修复后三维模型都进行参数化设计处理，可供数据分析、二次调用与交互，且便于下一步骤能准确的进行放大缩小3D打印而不失真。
S8：分别依据处理后的三维修复部位模型和处理后的修复后三维模型，通过3D打印技术打印出与翻模工艺材料收缩率对应的修复部位模型和修复后模型。修复后模型示意图如图7所示。
具体的，首先参考传统翻模工艺材料收缩率，将三维修复部位模型和处理后的修复后三维模型进行放大缩小3D打印，制得修复后模型和修复部位模型；然后，依托传统翻模工艺，参考修复部位模型，用原文物材料对文物模型进行翻模，制得等比例的修复部位。翻模后的得到的修复后模型如图8所示。
本实施例至少具备以下优点：
1、更高效的获取历史文物的影像数据，解决前期基础数据完整性，以此数据更好的实现历史文物修复技术；
2、解决了现有技术无法或难于获取历史文物高层顶部的信息；
3、能够获取高精度、高保真的修复后三维模型和三维修复部位模型，为建筑文物的修复工作提供直观、全面、详细的参考依据，提高修复效率和专业性；
4、可将影像数据与三维点云数据融合，实现多源数据融合。
实施例二
本实施例为对应实施例一的一具体运用场景：
随着无人机技术和3D打印的成熟，为文化遗产修复重建带来了新的可能，在文化遗产修复重建领域具有广阔的研究和应用前景。倾斜摄影(无人机)技术可以同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，获取地面大区域的完整准确信息。本实施例充分利用其优点，针对文化遗产实物进行全方面扫描，获取最佳的点云效果图，更准确地获得完整的文化遗产几何、拓扑以及纹理信息，提供高性能的数字化扫描分析，使保护工作更为有效。通过无人机采集技术创建文化遗产3D数字档案，除了能为文化遗产保护研究建立完整、准确、永久、真实的三维数字档案，还能通过数字记录的方法为文化遗产保护提供检测和修复依据，并能在已有模型的基础上重建已经不存在的或被毁坏的历史遗迹，能够真实记录考古发掘现场，再现考古发掘前后的遗址原貌。还能通过建立虚拟展览馆的方式，以虚拟展览方式为研究人员及游览者提供更自由的观察角度。
基于3D打印技术的文化遗产修复与重建：利用3D打印模型数据处理及曲面重构方法实现文化遗产修复与重建。通过断裂面的准确识别、特征提取以及邻接碎片之间的匹配提供高精度打印效果的文物模型，实现文化遗产三维模型的精确打印，还原文化遗产真实样貌。使用3D打印技术可复制出其真实形貌或制作其衍生品，用于代替真品进行实物展示，减少和避免对真品的损坏，同时也可以规避修复时间较长的问题，提高修复效率。
实施例三
本实施例为对应实施例一，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序在被处理器执行时，能够实现上述基于三维建模技术的建筑文物修复方法所包含的步骤。具体的步骤在此不进行复述，详情请参阅实施例一的描述。
综上所述，本发明提供的基于三维建模技术的建筑文物修复方法、存储介质，能够获取高精度、高保真的修复后三维模型和三维修复部位模型，为建筑文物的修复工作提供直观、全面、详细的参考依据，提高修复效率和专业性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.基于三维建模技术的建筑文物修复方法，其特征在于，包括：
获取对应建筑文物全方位的三维实景模型；
依据所述三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面；
获取依据所述断裂曲面和所述三维实景模型构建得到的三维修复部位模型；
匹配所述修复部位模型和断裂曲面，获取修复后三维模型。
2.如权利要求1所述的基于三维建模技术的建筑文物修复方法，其特征在于，所述获取对应建筑文物全方位的三维实景模型，具体为：
通过无人机倾斜摄影获取建筑文物全方位的影像数据；
依据所述影像数据构建得到建筑文物对应的三维实景模型。
3.如权利要求1所述的基于三维建模技术的建筑文物修复方法，其特征在于，所述依据所述三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面，具体为：
通过逆向工程软件对所述三维实景模型依次进行三角网格编辑和曲面建模，获取优化三维实景模型；
依据所述优化三维实景模型，通过逆向工程软件构建得到建筑文物上待修复部位的断裂曲面。
4.如权利要求3所述的基于三维建模技术的建筑文物修复方法，其特征在于，所述通过逆向工程软件构建得到待修复部位的断裂曲面，具体为：
识别所述优化三维实景模型中的一断裂面；
对所述一断裂面进行特征提取，构建得到对应的断裂曲面；
获取所述优化三维实景的各个待修复部位各自对应的断裂曲面。
5.如权利要求4所述的基于三维建模技术的建筑文物修复方法，其特征在于，所述获取依据所述断裂曲面和所述三维实景模型构建得到的三维修复部位模型，具体为：
获取依据各个断裂曲面和所述三维实景模型，分别构建得到的各个三维修复部位模型。
6.如权利要求1所述的基于三维建模技术的建筑文物修复方法，其特征在于，所述匹配所述修复部位模型和断裂曲面，获取修复后三维模型，具体为：
通过匹配所述修复部位模型与断裂曲面之间对接的碎片，获取修复后三维模型。
7.如权利要求1所述的基于三维建模技术的建筑文物修复方法，其特征在于，还包括：
对所述三维修复部位模型和所述修复后三维模型分别进行参数化设计处理；
分别依据处理后的三维修复部位模型和处理后的修复后三维模型，通过3D打印技术打印出与翻模工艺材料收缩率对应的修复部位模型和修复后模型。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序在被处理器执行时，能够实现上述权利要求1-7任意一项所述的基于三维建模技术的建筑文物修复方法所包含的步骤。
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