三維圖像掃描技術在墓室考古保護中的應用---打虎亭漢墓

廣州慕光科技在近期為打虎亭漢墓進行了三維圖像掃描測繪，為墓室建立數字化檔案。傳統(tǒng)墓室考古測繪的方法多采用手工繪圖（現場量算）或者照片，拓片的形式來記錄，但是這種形式無疑漏掉了大量的文物信息。相較之下，三維圖像掃描技術采集數據具有效率高，數據量大，速度快等諸多優(yōu)點。該技術以高精度的三維空間數據和真彩色的紋理信息，客觀地反應出真實的文物現狀。與三維激光掃描相比，圖像掃描法能夠直接囊括物體表面的紋理、色彩及其他狀態(tài)信息，更適合于文物考古。

關于打虎亭漢墓

打虎亭漢墓，是位于河南鄭州市新密市的東漢時期古墓，距今已有1800多年。東西兩墓并列，西墓龐大，用磚石筑成，分七室，總長25.16米，寬17.8米，中室高4.88米。墓底鋪煤，厚0.5米。墓內畫像、石刻豐富，雕刻風格獨特。該墓于1963年6月公布為河南省重點文物保護單位，1988年元月公布為全國文物重點保護單位。

兩座漢墓的墓室都是根據墓主人生前的生活居住條件建造的，有臥室、庭院、廚房、餐廳和馬廄，整個墓室深入地下六七米左右。從大土堆南側順臺階而下，還沒到墓室，迎面就有一股寒氣直撲而來，在墓室內呼出一口氣，面前就會出現一股白霧。墓室里冬天和夏天的溫度差別不大，至多兩三攝氏度。然西墓比東墓要大一些，但墓室的結構和布局卻是相同的。沿臺階下到墓道底部，走不幾步，就到了近3米高的墓門前，墓門的上方是拱形頂，底部還有門檻。

三維圖像掃描法

為了更全面地得到該處墓葬的結構等信息，在學者和管理團隊決定使用三維圖像掃描儀精確地采集墓葬的三維數據信息，從而為以后進行的墓葬資料記錄、周期性維護等工作提供有力的客觀依據，并且在采集數據的基礎上，進行虛擬復原，還原墓葬以前的面貌。

三維圖像掃描法是在該情境下最佳的選擇。三維圖像掃描法也稱為攝影測量，是從照片中提取三維信息。該過程設計拍攝物體、結構以及空間重疊的照片，并將其轉換為二維或三維的數字模型。

硬件設備

施緯達360度球幕掃描儀是廣州慕光科技自主研發(fā)的全自動高精度掃描儀，可快速采集兩億像素的測量數據。該設備長期應用于工業(yè)工程以及考古項目。

?全自動化的采集設備使得採集工作可以由一線操作人員直接執(zhí)行而無需專業(yè)人員的派遣。

?操作人員無需數據處理培訓和經驗,一鍵采集可得到多層次的數據。

?數據直接上云后自動生成所需要的各種專業(yè)格式數據。

?設備本身防潮防爆，沒有向外發(fā)射任何激光或者紅外射線，對自動化控制和高危環(huán)境安全。

?HDR格式的高動態(tài)高清全景全部影像。

?圖像測量數據。

?多個站點數據自動生成彩色點云模型。

?通過這些數據在云數據庫的連接直接實現各種應用程場景的需求。

數據采集

由于打虎亭漢墓體積較大且局部結構較復雜，同時手三維圖像掃描儀掃描距離及角度的限制，單次測站采集5-20米的有限數據。因此，專業(yè)三維測繪師需從不同的位置、角度進行多次掃描測量，才能得到完整的墓葬數據。根據墓葬的具體尺寸和結構，一共架設20個采集點。

三維圖像數據采集的分辨率是根據圖像疊加的數量和精度決定的。在符合客戶掃描時間需求的情況下，原則為數據越精細越好，采樣點距需盡量均勻。但墓葬內光線昏暗、甬道狹窄因此對采集造成了一定的難度，根據墓葬的實際情況，我們采用的點云分辨率為0.1毫米。

施緯達采集的是HDR全保真球幕圖像，并使用閃光燈進行輔助光照。施緯達在每個站點進行掃描最終將提供全景360度圖像，可用于虛擬漫游以及三維模型的建立。

后期處理

使用施緯達球幕圖像掃描儀拍攝的數據包含圖像數據，因此計算機可以通過找尋圖像之間的同名點確定圖像的三維物理位置，從而自動產出包含貼圖的三維模型。與激光掃描不同，其三維模型與正射圖像間幾乎沒有任何物理誤差。

針對拍攝的數據進行圖像處理的工作項目主要分為點云預處理、數據配準、數據融合、點云建網、數據精簡、三角網修補等內容。

結語

廣州慕光科技團隊為工作人員和研究學者提供了三維彩色點云模型、正射圖以及相關視覺數據后，工作人員可以通過慕光云資產視覺化管理平臺在瀏覽器上觀看墓葬的基本情況。云平臺不僅支持對墓葬的情況進行仔細的觀看、研究，也支持基于模型或球幕圖像進行物理測量。

最終我們得到的模型能以任意方式進行剖切表現，可以產生傳統(tǒng)意義上的各層平面圖、剖面圖。利用第三方軟件的測量功能，還可以精確地分析出墓葬的面積、體積、長、寬、高等幾何特性。

三維圖像掃描技術能在不觸及文物的條件下進行測繪研究，從而減少保護干預中的不必要破壞。該技術明顯降低了墓葬管理和保護工作中測量工作的難度和工作量，所得數據的可挖掘性強，實用性好。