中國的民族建筑在世界建筑中獨樹一幟，有極高的藝術(shù)成就和科學價值。運用現(xiàn)代測繪與信息技術(shù)，即3S技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)，建立少數(shù)民族傳統(tǒng)建筑三維數(shù)據(jù)與信息庫，其中對原始數(shù)據(jù)的采集與信息加工方法、海量空間數(shù)據(jù)與圖形的存儲與分析、三維數(shù)據(jù)建模與可視化技術(shù)進行了研究。所建立的民族建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫可為中國少數(shù)民族傳統(tǒng)建筑的研究和保護工作提供技術(shù)支持。

　　加之各民族分處異地，要了解中國古代建筑的全貌頗為困難。因此，民族建筑是頗為值得研究的課題。”其歷史和文化價值十分珍貴。但是隨著城市化和村鎮(zhèn)建設(shè)步伐的加快，很多少數(shù)民族建筑遭到了破壞乃至拆除。如何有效地保護我國現(xiàn)存的少數(shù)民族傳統(tǒng)建筑，讓這些民族建筑的瑰寶在經(jīng)歷過歷史長河沖刷后的今天，仍然能煥發(fā)出絢麗的光彩，是當前一項很重要的任務(wù)和課題。

　　民族建筑與文化遺產(chǎn)的保護，無不需要有科學的記錄檔案作為基礎(chǔ)。一套完備的民族建筑科學記錄檔案，應(yīng)由文字記錄和圖形圖像資料兩個部分組成。為獲取這些資料，傳統(tǒng)的方法是通過查閱文獻資料、調(diào)查訪問、測量與繪圖、攝影與攝像等多項實地勘察工作來綜合完成。隨著科學技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代數(shù)字化測繪技術(shù)的迅猛發(fā)展為傳統(tǒng)民族建筑保護工作提供了一個全部的解決方案。三維激光掃描技術(shù)以其快速、準確、安全和遠離目標的無接觸測量等特點為民族建筑數(shù)字化工作提供了可靠的技術(shù)支持。

　　1 民族建筑數(shù)字化的方法與內(nèi)容

　　民族建筑數(shù)字化其主要工作是利用現(xiàn)代儀器與數(shù)字化方法，結(jié)合計算機信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)將中國各民族的典型建筑和具有紀念意義的古建筑按照一定的方式和方法進行數(shù)字化，以便于存儲、分析、研究和保護。其方法主要有人工量測繪制方法、全站儀測繪方法、近景攝影測量方法、實景照片數(shù)字化方法、三維激光掃描測繪方法和對已有圖紙掃描數(shù)字化的方法。數(shù)字化的內(nèi)容包括：民族建筑群落的位置、周邊環(huán)境、地形、地物，包括院墻、牌坊、廊廡、碑刻等；各單體建構(gòu))筑物外形尺寸、細部構(gòu)造、紋理等；建筑物各層平面布置、門窗及室內(nèi)外結(jié)構(gòu)的銜接關(guān)系等；各層面之間的構(gòu)造關(guān)系，包括正立面、側(cè)立面、背立面、縱剖面、橫剖面等；與民族建筑有關(guān)的所有圖紙資料和文字記載。

　　2 三維激光掃描數(shù)字化技術(shù)

　　三維激光掃描測繪方法可以快速準確地記錄建筑群、建筑單體和細部構(gòu)造的三維空間坐標點，獲得包含空間點的三維坐標和彩色與紋理屬性的點云數(shù)據(jù)¨，基于點云數(shù)據(jù)，匹配高清晰照片和局部細掃及量測數(shù)據(jù)，在點云數(shù)據(jù)后處理軟件上如：real work)可以進行后期的加工處理、量測和建模，以便獲得所需要的二維線畫圖。將三維點云轉(zhuǎn)化成二維線畫圖有下述幾個途徑：一是直接量測點云模型上建筑物的特征尺寸和相關(guān)數(shù)據(jù)，在計算機上按照傳統(tǒng)古建筑測繪的方法繪制成圖；二是截取部分點云形成點云切片，經(jīng)投影去噪擬合后形成二維線畫圖；三是將建筑物的某個投影面制作成正射投影點云圖，導(dǎo)人到CAD后繪制成平面圖。對于特殊形體的建筑物或建筑附屬物及古文物等可以用等值線圖來體現(xiàn)。

　　三維激光掃描數(shù)字化的作業(yè)步驟如下：

　�。�1）踏勘現(xiàn)場。踏勘現(xiàn)場的目的是為了對測繪現(xiàn)場進行深入的考察，以確定掃描和數(shù)字化的內(nèi)容，進而制定數(shù)字化作業(yè)方案。包括測站點的位置、通視條件、連測方法、公共點特征、詳細掃描和粗略掃描的部位及構(gòu)件特點等。

　�。�2）測站控制測量。控制測量的目的是獲得掃描儀測站點和定向點的坐標，以便將不同測站數(shù)據(jù)拼接在統(tǒng)一的坐標系中，一般以精密導(dǎo)線測量形式布設(shè)。對分布較遠、分散的測繪目標或偏遠地區(qū)，可采用GPS全球定位系統(tǒng)測定控制點的坐標。

　�。�3）三維激光掃描測繪。掃描的外業(yè)操作，一般視被掃描目標的大小尺寸、形狀位置和被遮擋情況及點云的拼接要求，分為導(dǎo)線連接測量方式和自由架站測量方式。

　　導(dǎo)線測量方式是在已建立的導(dǎo)線點上用三維激光掃描儀精確對中和后視定向后對目標進行掃描測繪，使不同測站獲得的三維點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一在同一坐標系中。用Trimble Gx測量型激光掃描儀可以直接按導(dǎo)線測量方式進行掃描測量，掃描點云數(shù)據(jù)由掃描軟件PointScape自動拼接。掃描過程中視其掃描對象和要求，預(yù)先設(shè)定掃描范圍和掃描點云的精度和密度。為獲得總平面圖和建筑物的外廓尺寸的大范圍掃描，可以適當減少掃描點密度，以便減少掃描作業(yè)時間和點云數(shù)據(jù)量，因為點云數(shù)據(jù)量過大可使計算機處理速度減慢，甚至癱瘓。根據(jù)掃描目標和范圍的大小可以分塊進行掃描，對于某些需要細部表現(xiàn)的部位可以采用粗掃加精掃疊加的方式。適當?shù)狞c云密度和掃描質(zhì)量可以粗略確定。Q為獲得點云的信度，m為點云的間隔，為目標表面需要區(qū)分的最小特征尺寸。例如，當用1mm的點密度記錄特征尺寸為5mm的目標時，計算可得Q=0.8，表明目標上細部被區(qū)分的信度為80％。此時所進行的掃描測量可以滿足精度要求。

　　自由架站測量方式是在任意選定的測站位置進行的掃描測繪。其特點是不需要對掃描儀進行對中甚至無需整平，即儀器可以在非水平狀態(tài)下進行掃描作業(yè)。此時，要求相鄰測站的掃描目標需要有一定量的重疊度或至少有3個不在同一直線上的點作為公共點；對于儀器水平狀態(tài)掃描時，則至少有2個點作為公共點。公共點可以是點云模型中的自然點，也可用平面形標靶和球形標靶。

　　采用點云模型中的公共點進行不同測站點云的拼接時需要靠人工判斷其對應(yīng)點的匹配關(guān)系，且拼接精度相對較低。用儀器自帶的特制平面形標靶和球形標靶作為公共點，掃描儀掃描后會自動計算出標靶的幾何中心，并作為目標點進行點云拼接，拼接精度相對要好。

　�。�4）局部量測和實景拍攝。局部量測和實景拍攝是對掃描數(shù)據(jù)的補充。對室內(nèi)局部位置、隱蔽部位、掃描角度過小或仰角過大的地方，可采用便攜式掃描儀進行掃描測繪或采用手持光電測距儀測量特征點的具體尺寸，將其作為點云數(shù)據(jù)的補充數(shù)據(jù)，以便于進行數(shù)據(jù)的后處理、加工和建模。用高像素的數(shù)碼相機進行實景拍攝，可作為數(shù)據(jù)建模的參照依據(jù)，也可作為對點云數(shù)據(jù)進行色彩和紋理匹配的圖庫資源。同時用硬盤攝像機對掃描現(xiàn)場和目標進行攝像以記錄掃描過程和掃描場景。

　　（5）歷史資料收集。在進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的同時，還要收集與民族建筑有關(guān)的歷史資料，包括建筑年代、維修記錄、缺損情況、歷史資料、民間故事與傳說、風土人情、民族特色與宗教信仰等。經(jīng)過后期數(shù)據(jù)加工，最后形成完整的民族建筑數(shù)字化信息庫。

　　3 民族建筑數(shù)字化信息庫建設(shè)

　　民族建筑數(shù)字化工作，需要處理大量的數(shù)據(jù)與信息，這些數(shù)據(jù)和信息包括實測的點云數(shù)據(jù)、構(gòu)建的模型數(shù)據(jù)、各種建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)造及圖形的屬性數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、遙感圖象數(shù)據(jù)、音樂、民歌、文字說明等，其數(shù)據(jù)量大，形式多樣�；�于GIS和激光掃描技術(shù)的民族建筑數(shù)字化信息庫是以GIS地理信息系統(tǒng)為集成開發(fā)平臺，結(jié)合具有真實場景與尺寸的虛擬現(xiàn)實技術(shù)、3D建模技術(shù)、多媒體集成技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計開發(fā)而成。民族建筑數(shù)字化信息庫具有多源數(shù)據(jù)管理和查尋功能，設(shè)置有安全的網(wǎng)絡(luò)管理權(quán)限，以便對原始數(shù)據(jù)進行保護。在設(shè)定權(quán)限的范圍內(nèi)，可對數(shù)據(jù)進行追加、提取、分析、修改和完善。民族建筑數(shù)字化檔案庫的建立，為民族建筑的研究、保護、修復(fù)、重建、鑒別、仿真提供了科學的技術(shù)支持。例如，通過數(shù)據(jù)模型的展示和虛擬場景漫游，可進行民族建筑單體、群體格局的研究；可進行空間數(shù)據(jù)分析，包括環(huán)境構(gòu)成分析、結(jié)構(gòu)性能分析、易損性與減災(zāi)防災(zāi)性能分析；可對歷史與民族建筑要素進行比較、對建筑營造法形式進行專業(yè)分析，如比對已有的歷史數(shù)據(jù)，分析其逐漸老化和損壞趨勢，模擬破損發(fā)展過程，為建立民族建筑修復(fù)評估體系提供技術(shù)支持等。

　　4 結(jié)語

　　中國民族建筑保護工作任重而道遠。民族建筑數(shù)字化工作為民族建筑的保護和研究提供了一套科學有效的方法。采用現(xiàn)代測繪技術(shù)包括全球定位系統(tǒng)、RS遙感信息系統(tǒng)和GIS地理信息系統(tǒng)及三維激光掃描技術(shù)對中國少數(shù)民族傳統(tǒng)建筑進行掃描數(shù)字化，建立中國少數(shù)民族傳統(tǒng)建筑數(shù)據(jù)與信息庫，對于傳承民族文化、保護民族建筑都有著十分重要的意義。