中國是世界文明古國，歷史悠久，地域遼闊，少數民族眾多，民族建筑也風(fēng)格各異。中國的傳統民族建筑在世界建筑中獨樹(shù)一幟，有極高的藝術(shù)成就和科學(xué)價(jià)值。中國工程院院士、建筑學(xué)家吳良鏞很早就指出：“中國古代建筑蔚為大觀(guān)，類(lèi)型眾多，多民族的交融，使之更加呈現多元之勢。

　　中國的民族建筑在世界建筑中獨樹(shù)一幟，有極高的藝術(shù)成就和科學(xué)價(jià)值。運用現代測繪與信息技術(shù)，即3S技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)，建立少數民族傳統建筑三維數據與信息庫，其中對原始數據的采集與信息加工方法、海量空間數據與圖形的存儲與分析、三維數據建模與可視化技術(shù)進(jìn)行了研究。所建立的民族建筑基礎數據庫可為中國少數民族傳統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(jià)值十分珍貴。但是隨著(zhù)城市化和村鎮建設步伐的加快，很多少數民族建筑遭到了破壞乃至拆除。如何有效地保護我國現存的少數民族傳統建筑，讓這些民族建筑的瑰寶在經(jīng)歷過(guò)歷史長(cháng)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(wú)不需要有科學(xué)的記錄檔案作為基礎。一套完備的民族建筑科學(xué)記錄檔案，應由文字記錄和圖形圖像資料兩個(gè)部分組成。為獲取這些資料，傳統的方法是通過(guò)查閱文獻資料、調查訪(fǎng)問(wèn)、測量與繪圖、攝影與攝像等多項實(shí)地勘察工作來(lái)綜合完成。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現代數字化測繪技術(shù)的迅猛發(fā)展為傳統民族建筑保護工作提供了一個(gè)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(wú)接觸測量等特點(diǎn)為民族建筑數字化工作提供了可靠的技術(shù)支持。

　　1 民族建筑數字化的方法與內容

　　民族建筑數字化其主要工作是利用現代儀器與數字化方法，結合計算機信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和數據庫技術(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(jìn)行數字化，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(shí)景照片數字化方法、三維激光掃描測繪方法和對已有圖紙掃描數字化的方法。數字化的內容包括：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)筑物外形尺寸、細部構造、紋理等；建筑物各層平面布置、門(mén)窗及室內外結構的銜接關(guān)系等；各層面之間的構造關(guān)系，包括正立面、側立面、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、建筑單體和細部構造的三維空間坐標點(diǎn)，獲得包含空間點(diǎn)的三維坐標和彩色與紋理屬性的點(diǎn)云數據¨，基于點(diǎn)云數據，匹配高清晰照片和局部細掃及量測數據，在點(diǎn)云數據后處理軟件上如：real work)可以進(jìn)行后期的加工處理、量測和建模，以便獲得所需要的二維線(xiàn)畫(huà)圖。將三維點(diǎn)云轉化成二維線(xiàn)畫(huà)圖有下述幾個(gè)途徑：一是直接量測點(diǎn)云模型上建筑物的特征尺寸和相關(guān)數據，在計算機上按照傳統古建筑測繪的方法繪制成圖；二是截取部分點(diǎn)云形成點(diǎn)云切片，經(jīng)投影去噪擬合后形成二維線(xiàn)畫(huà)圖；三是將建筑物的某個(gè)投影面制作成正射投影點(diǎn)云圖，導人到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(xiàn)圖來(lái)體現。

　　三維激光掃描數字化的作業(yè)步驟如下：

　�。�1）踏勘現場(chǎng)。踏勘現場(chǎng)的目的是為了對測繪現場(chǎng)進(jìn)行深入的考察，以確定掃描和數字化的內容，進(jìn)而制定數字化作業(yè)方案。包括測站點(diǎn)的位置、通視條件、連測方法、公共點(diǎn)特征、詳細掃描和粗略?huà)呙璧牟课患皹嫾�特點(diǎn)等。

　�。�2）測站控制測量�？刂茰y量的目的是獲得掃描儀測站點(diǎn)和定向點(diǎn)的坐標，以便將不同測站數據拼接在統一的坐標系中，一般以精密導線(xiàn)測量形式布設。對分布較遠、分散的測繪目標或偏遠地區，可采用GPS全球定位系統測定控制點(diǎn)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(diǎn)云的拼接要求，分為導線(xiàn)連接測量方式和自由架站測量方式。

　　導線(xiàn)測量方式是在已建立的導線(xiàn)點(diǎn)上用三維激光掃描儀精確對中和后視定向后對目標進(jìn)行掃描測繪，使不同測站獲得的三維點(diǎn)云數據統一在同一坐標系中。用Trimble Gx測量型激光掃描儀可以直接按導線(xiàn)測量方式進(jìn)行掃描測量，掃描點(diǎn)云數據由掃描軟件PointScape自動(dòng)拼接。掃描過(guò)程中視其掃描對象和要求，預先設定掃描范圍和掃描點(diǎn)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(diǎn)密度，以便減少掃描作業(yè)時(shí)間和點(diǎn)云數據量，因為點(diǎn)云數據量過(guò)大可使計算機處理速度減慢，甚至癱瘓。根據掃描目標和范圍的大小可以分塊進(jìn)行掃描，對于某些需要細部表現的部位可以采用粗掃加精掃疊加的方式。適當的點(diǎn)云密度和掃描質(zhì)量可以粗略確定。Q為獲得點(diǎn)云的信度，m為點(diǎn)云的間隔，為目標表面需要區分的最小特征尺寸。例如，當用1mm的點(diǎn)密度記錄特征尺寸為5mm的目標時(shí)，計算可得Q=0.8，表明目標上細部被區分的信度為80％。此時(shí)所進(jìn)行的掃描測量可以滿(mǎn)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(jìn)行的掃描測繪。其特點(diǎn)是不需要對掃描儀進(jìn)行對中甚至無(wú)需整平，即儀器可以在非水平狀態(tài)下進(jìn)行掃描作業(yè)。此時(shí)，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(gè)不在同一直線(xiàn)上的點(diǎn)作為公共點(diǎn)；對于儀器水平狀態(tài)掃描時(shí)，則至少有2個(gè)點(diǎn)作為公共點(diǎn)。公共點(diǎn)可以是點(diǎn)云模型中的自然點(diǎn)，也可用平面形標靶和球形標靶。

　　采用點(diǎn)云模型中的公共點(diǎn)進(jìn)行不同測站點(diǎn)云的拼接時(shí)需要靠人工判斷其對應點(diǎn)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(diǎn)，掃描儀掃描后會(huì )自動(dòng)計算出標靶的幾何中心，并作為目標點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)云拼接，拼接精度相對要好。

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

　�。�5）歷史資料收集。在進(jìn)行現場(chǎng)數據采集的同時(shí)，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(shuō)、風(fēng)土人情、民族特色與宗教信仰等。經(jīng)過(guò)后期數據加工，最后形成完整的民族建筑數字化信息庫。

　　3 民族建筑數字化信息庫建設

　　民族建筑數字化工作，需要處理大量的數據與信息，這些數據和信息包括實(shí)測的點(diǎn)云數據、構建的模型數據、各種建筑結構和構造及圖形的屬性數據、圖片數據、影像數據、遙感圖象數據、音樂(lè )、民歌、文字說(shuō)明等，其數據量大，形式多樣�；�于GIS和激光掃描技術(shù)的民族建筑數字化信息庫是以GIS地理信息系統為集成開(kāi)發(fā)平臺，結合具有真實(shí)場(chǎng)景與尺寸的虛擬現實(shí)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)境設計開(kāi)發(fā)而成。民族建筑數字化信息庫具有多源數據管理和查尋功能，設置有安全的網(wǎng)絡(luò )管理權限，以便對原始數據進(jìn)行保護。在設定權限的范圍內，可對數據進(jìn)行追加、提取、分析、修改和完善。民族建筑數字化檔案庫的建立，為民族建筑的研究、保護、修復、重建、鑒別、仿真提供了科學(xué)的技術(shù)支持。例如，通過(guò)數據模型的展示和虛擬場(chǎng)景漫游，可進(jìn)行民族建筑單體、群體格局的研究；可進(jìn)行空間數據分析，包括環(huán)境構成分析、結構性能分析、易損性與減災防災性能分析；可對歷史與民族建筑要素進(jìn)行比較、對建筑營(yíng)造法形式進(jìn)行專(zhuān)業(yè)分析，如比對已有的歷史數據，分析其逐漸老化和損壞趨勢，模擬破損發(fā)展過(guò)程，為建立民族建筑修復評估體系提供技術(shù)支持等。

　　4 結語(yǔ)

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