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航空遥感让文物古建在数字世界永存

2019年09月23日 11:22:52    作者:西安新闻

原标题:航空遥感让文物古建在数字世界永存

近日,故宫博物院与腾讯共同签署深化战略合作协议,在文物数字化采集与文化研究等领域深入助力“数字故宫”建设。当前的数字技术正在推动整个社会发生广泛而深刻的“数字变革”,文物古建的数字化保护成了这场变革在文化传承方面的落脚点。

中国航天科技集团五院508所古建筑数字化保护团队负责人徐崇斌告诉科技日报记者,航空遥感具有快速、精准等优点,利用该技术对历史文化古迹三维空间信息进行采集与综合建模,正是数字化保护传承新模式。

遥感技术精准获得文物古建信息

任何物体都具有光谱特性,具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。而遥感技术正是基于这种特性,从远距离感知目标反射的或自身辐射的电磁波、可见光、红外线,以此对目标进行探测和识别的技术。

徐崇斌解释说,根据平台不同,遥感技术可分为天基、空基和地基三种,其中,空基遥感也称为航空遥感。航空遥感是指高度在100米以上,100公里以下,利用在大气层内飞行的各类飞机、飞艇、气球等作为遥感平台,进行资源调查、空中侦察、摄影测量等的一种手段。

古建往往是无法移动的,并与周围环境形成了不可分离的历史风貌。而获取大尺度、空间高分辨率的多维度文物信息,是航空遥感的优势。

首先,遥感技术可以不用直接接触目标物体而获取信息,极大程度降低在文化遗产保护工作中对目标对象造成破坏的几率,其次,航空器材往往具有平台灵活、操作简便、不受地形影响等优势,能够降低信息更新成本,提高数据更新速度。更重要的是,利用航空遥感技术采集所获取的数据具有高分辨率、多维度信息的特点,在保证数据准确性的同时也保证了数据的丰富程度。不仅如此,在航空遥感数据基础上进行数据分析和处理,其结果表现形式多样,能够为后续数据分析、呈现以及遗产管理、规划等工作提供有力支撑。因此,航空遥感非常适合应用于古建筑三维场景的真实建模。

无人机携手卫星进行混合成像

针对历史文化古迹单体与群体的实体建模需求,中国航天科技集团五院508所古建筑数字化保护团队运用平方米级无人机三维扫描、平方公里级的卫星混合成像,来支持实体精准建模。

无人机搭载多光谱相机进行遥感数据采集,由于光谱分辨率与空间分辨率高,在清晰显示地物细节的同时也保证了地物在光谱上的谱维度。所获取的数据同时包含光谱、地形、形态、纹理等多种特征信息。

徐崇斌具体解释说,在采集过程中,首先利用无人机从不同角度对古建拍摄多幅照片,照片间需要具有重叠区域。通过对无人机图像进行特征提取和对应,实现邻接图像间的对应,依据对应关系来计算摄像机的光学参数、摄像机相对于世界坐标系的变化关系;接着,依据图像间的匹配特征点对,利用计算机视觉原理计算图像中目标物体的三维空间坐标;最后,对重建得到的空间三维点云进行网格化处理及纹理映射,以实现三维重建。

徐崇斌说,无人机和卫星“打配合”,最终使古建三维建模更高效、更精准。

可广泛应用于救灾、环保等领域

巴黎圣母院的大火给这一巴黎地标建筑造成了难以估量的损失。但值得庆幸的是,之前美国瓦萨学院的专家为巴黎圣母院建造了三维模型存档,这份逼真准确的数字档案可为巴黎圣母院灾后修复提供巨大帮助。

“巴黎圣母院正是由于做了精细建模,修复工作才不至于无从进行。”徐崇斌说,此前中国航天科技集团五院508所古建筑数字化保护团队针对塔尔寺古建筑群的数字化保护工作,除了对整个塔尔寺保护区进行空间信息综合建模外,还对重要单体建筑进行精细化建模,并首次针对古建筑进行藏式风格元素的提取。经过精细化建模,古建一旦遭受损失,修复和重建工作则可据此开展。

除了在古建筑等文物数字化方面的应用,基于航空航天遥感的三维建模技术还能在智慧城市、测绘导航、环境保护、备灾救灾等领域广泛应用。如快速生成地形三维影像、数字模型等,为智慧城市建设提供三维实景地理信息数据支撑;建立备灾救灾三维地理信息应急系统,灾害发生后,迅速获取灾区图像数据并进行三维重建,通过与灾前数据对比,为准确评估灾害、制订救灾方案、实施灾后重建提供决策依据;对荒漠化、水土流失等进行准确评估,为环保与治理提供科学依据等。(记者 李 禾)

(责编:任志慧、邓楠)

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