巴黎圣母院激光建模重建！除了是复活历史的“黑科技”，这一技术还有哪些应用？-k8凯发棋牌

巴黎圣母院的大火引发全世界人民的关注，人们不禁担忧自己再也难见这座闻名建筑的真容，因此十分渴望还原和“复活”她的每一个细节。

法国总统马克龙已经承诺，将在5年内重建巴黎圣母院并开启募捐，如何重建成为人们目前最为关心的话题。幸运的是，激光扫描与建模技术的应用，让人们燃起了重建巴黎圣母院的希望。

（截图自national geographic视频）

激光扫描与建模技术原理

三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继gps空间定位系统之后又一项测绘技术新突破，在近几年技术飞速发展和应用起来。

由于其具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会像gps一样引起测量技术的又一次革命。

三维激光扫描利用激光测距技术，可以精确地（1-2mm精度）、快速地（每秒测量数十万个点）获取建筑的三维几何信息。目前已被应用于古建筑的测量、复原领域。

据了解，三维激光测量技术的发展主要体现在：一是激光测距技术从一维测距向二维、三维测距方向发展，并取得了巨大的成果；二是实现了高精确度测量检测；其次还实现了数据的自动拼接传输数据。

激光建模让巴黎圣母院复原成为可能

其实前几年就有一些机构开始开始对巴黎圣母院进行3d数字化重建工作，比如由两名艺术史和考古学教授——哥伦比亚大学stephen murray教授、瓦萨学院安德鲁·塔隆（andrew tallon）教授发起的mapping gothic france项目，旨在研究哥特式建筑而设立，将世界上著名的哥特式建筑通过3d数字扫描完整立体地呈现在网上。

塔隆生前完成了大约45座历史建筑的激光扫描数据留存，巴黎圣母院的3d数字化保存工作让他曾经默默的耕耘与付出走向了大众视野。

2015年，安德鲁·塔隆（andrew tallon）通过激光扫描生成数十亿数据，将巴黎圣母院的全景及内部结构完整保留下来。

具体而言，是将扫描仪（塔隆用的是一台带有运动相机的精密激光扫描仪leica scanstation c10）装在三脚架上，然后再测量扫描仪和激光所击中的每个点之间的距离。这些激光数据由10亿个数据点组成，结构为“点云”，软件可以渲染成三维空间的图像。

每个点云数据，除了包含几何位置外，还含有颜色信息、分类值、强度值、时间等信息。基于数字化建模留下的数据，成为了巴黎圣母院重建与“复活”的蓝本。将搜集完的数以十亿计的光点放在三维图像里，画上线条，然后再和实地拍摄的全景照片结合，经过上色、加光影效果等步骤，就可以建立非常逼真准确的巴黎圣母院三维模型。

这些信息不仅可以用于恢复建筑物的原始美感，还可以改善结构的完整性，以确保它在未来几年内保持稳定。

有了这些3d建模，教堂重建应该是没有太大的问题，但那些被烧毁的建筑材料本身，却是难以替代珍贵文物。

在塔隆的研究中，他发现了重要的两点：其一，占据圣母院一侧重要位置的国王画廊（gallery of kings），已经偏离了垂直线近一英尺。其二，数据显示圣母院内部的柱子排列不是完全对齐的。

复活历史的“黑科技”

三维激光扫描技术的出现，为文物保护工作开辟了新的方式与途径，成为复活历史的“黑科技”。

用三维激光扫描古建筑、古村落、古墓等，其扫描间距可达亚毫米级，因此能将复杂、不规则的对象数据完整的采集到电脑中。借助三维激光扫描技术和无人机摄影测量技术等建立的文物建筑三维模型档案、bim模型等可帮助文物建筑的修缮、复原或重建。

中国莫高窟、石室圣心大教堂等古迹修复

中国是历史悠久的文明古国，在人类历史长河上下五千年的发展进程中，给世人留下了非常丰富的文物宝藏资源。

我国莫高窟等重要文物都曾经通过三维激光扫描进行过数字化保存和展示。

2017年，浙江大学文化遗产研究院李志荣教授团队与山西云冈石窟研究院合作，运用3d打印技术对云冈石窟第3窟进行了1：1复制，该项目是世界上首次使用3d打印技术实现的大体量文物复制工程，标志着中国大型石质文物的数字化全息高保真记录已达到复原水平。2018年，该团队又对云冈第12窟进行了积木式复制，能够实现大体量不可移动的文物复制品快速转移和组装。

去年，同样作为哥特式建筑物，广州的石室圣心大教堂也采用了三维激光扫描技术这一保护措施。“三维激光扫描能够精准地记录建筑物现状数据,广州的部分重要古建筑也使用了这种技术进行数字化保护，例如石室圣心大教堂和中山纪念堂。”华南理工大学建筑学院张智敏博士表示，去年华南理工大学方舆丈量团队对石室圣心大教堂进行了数字化的扫描测绘，还使用了无人机航拍建模技术,完成了石室教堂的整体数据保存。

近日，cctv13新闻频道也播出了一段布达拉宫建筑群的精细化测绘视频。这段视频是用无人机、三维激光扫描等最新技术、借助4000多个扫描点制作出来的，目的是更好地科学解读布达拉宫的藏式宫堡建筑群，从而更好地展开保护。

此外，通过三维激光扫描技术获取到的文物、建筑的“立体照”，还可让大众立体化、深层次、全方位、近距离进行艺术欣赏和体验，使不可移动的文物突破物理空间限制、通过互联网和移动终端实现资源共享，激发人们对文物的衷心喜爱，培养世人对文化遗产保护的意识。

谷歌google arts＆culture项目

google arts＆culture和巴西国家博物馆合作，通过高分辨率摄影、3d扫描和vr等技术，将博物馆和里面的藏品带到网上，全世界的用户只要在google街景就能在线参考，还配有导览和展品解说。

google arts & culture（前名google art project）于2011年2月1日推出，google与世界各地博物馆合作，利用google街景技术拍摄博物馆内部实景，并且以超高像素拍摄馆内历史名画，并可供用户观看。巴黎圣母院也在其中。

到2012年4月3日，40个国家和地区的151间艺术博物馆将公布宣布。目前，各项工作已出版32,000点以上，参与博物馆46间，这包括纽约大都会艺术博物馆、泰特美术馆、白宫、格里菲斯大学、伊斯兰艺术博物馆、香港艺术博物馆。目前，可查看的语言包括英语、法语、日语、葡萄牙语等18种语言。

2016年，他们又更新了一个艺术文化项目：花费3年时间升级的google arts & culture的网站和手机端app。这间“手机屏幕里的博物馆”容纳了全球70多个国家的1000多座博物馆的馆藏精品，贯穿古今、跨越中西，包含艺术画作、史前古器物、地标建筑和现代工艺品等。工作人员还精心制作了很多有趣的专题，每日更新。

除了数字化文物保护，激光建模还有哪些主流应用？

三维扫描建模技术不仅是近年来测量技术中的重点研究领域，而且该技术以获取被测物体三维轮廓数据为目的用于质量检测和逆向设计，在工业化生产领域取得了很大的成绩。除了数字化文物保护，还在土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。例如在工业测量与改造领域，在西方发达国家核电站、化工厂、炼油厂等项目的改造中，已经大量采用三维激光扫描仪对现场进行扫描，然后通过软件后处理得到三维集合模型，再对所得模型进行进一步应用。