三维激光扫描：让文物重获新生的黑科技
三维激光扫描：让文物重获新生的黑科技
2019年4月，法国巴黎圣母院遭遇了一场毁灭性的火灾，教堂顶部的木质结构被全部摧毁，只留下石质的残垣断壁。这场灾难让全世界为之痛心，但值得庆幸的是，在被损毁之前，巴黎圣母院的数字化三维点云模型已经被电子存档，为巴黎圣母院损毁部分的重建提供了充足且精准的数据支撑。
这场修复工作的成功，离不开一项革命性的技术——三维激光扫描。这项技术正在改变我们保护和修复文物的方式，让珍贵的历史文化遗产得以更好地保存和展示。
非接触式测量：文物保护的新选择
传统的文物修复工作往往需要直接接触文物，这不仅效率低下，还可能对文物造成二次伤害。而三维激光扫描技术的出现，为文物保护带来了新的希望。
三维激光扫描仪利用激光作为发射光源，对物体依照一定的水平和竖直扫描分辨率来测量，采用非接触方式来获取被测量物体的表面数据。空间点位坐标计算的原理如下图所示，利用激光获取被测物体至扫描中心的距离S，然后利用内置在设备内部的精密时钟控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β，被测点的空间三维坐标则可以通过空间三维几何关系利用一个线元素和两个角元素来计算空间点位的X、Y、Z坐标。
这种非接触式的测量方式，不仅避免了对文物的直接接触，降低了文物受损的风险，而且精度极高，可以达到毫米级甚至亚毫米级。这意味着即使是文物最细微的特征，也能被精确记录下来。
从数据采集到3D打印：完整的数字化保护流程
三维激光扫描技术在文物保护中的应用，远不止于数据采集。它已经发展出了一套完整的数字化保护流程，涵盖了从数据采集到3D打印的多个环节。
以赵州桥为例，整个工艺流程包括标靶布设、数据获取、模型拼接、模型处理、模型切片、3D打印等多个环节。首先在桥体周围均匀布设球形标靶，然后使用站载式三维激光扫描仪进行360°无定向扫描。扫描完成后，需要对数据进行拼接和处理，构建出完整的桥体点云模型。最后，通过3D打印技术，将数字化模型转化为实物，用于修复或展示。
在这个过程中，如果遇到数据缺失的问题，还可以通过手持三维激光扫描仪进行补充扫描，或者在数据处理阶段进行孔洞填充等修复工作。这种全方位、高精度的数字化保护方式，为文物的修复和展示提供了前所未有的便利。
创新应用：让文物“活”起来
除了在修复中的应用，三维激光扫描技术还在文物的展示和教育传播中发挥着重要作用。通过倾斜摄影测量和三维激光扫描等技术，可以实现对文物720度全方位的详细记录，全面捕捉文物的独特价值和保存状况。
在成都洛带古镇的保护项目中，数喆数据采用倾斜摄影测量+地面三维激光扫描相结合的方式，实现了超高精度建模，重建后的模型精度可达毫米级别。这种高精度的三维模型，不仅为文物的数字化保存提供了坚实基础，还为公众提供了一个全新的了解文物的窗口。
在第四次全国文物普查宁夏试点工作中，面对偏远且分散的文物点位，数喆团队运用无人机倾斜摄影测量技术，不仅克服了地理环境的限制，还极大地提升了数据采集的工作效率。通过三维实景重建，那些位于荒凉戈壁滩上的文物，如今可以以数字化的形式呈现在世人面前。
未来展望：科技守护文明
随着技术的不断发展，三维激光扫描在文物保护中的应用将越来越广泛。未来的文物保护，将不再局限于简单的数据采集和模型重建，而是会向着更加智能化、自动化的方向发展。
人工智能技术的引入，将使得文物的分类和修复模拟更加智能化。多源数据融合技术的发展，将进一步丰富数字化档案的内容，推动文化遗产管理向全生命周期信息化发展。我们有理由相信，随着科技的进步，越来越多的历史文化遗产将得以更好地保存和传承。
三维激光扫描技术正在为文物保护插上科技的翅膀，让文物得以跨越时空的限制，继续诉说着人类文明的辉煌。这项技术不仅提高了文物修复的效率和精度，更为文化的传承开辟了新的途径。在科技的守护下，这些承载着人类智慧的珍贵遗产，必将焕发出新的生机。