基于倾斜摄影和激光扫描技术的传统建筑数字化保护

　　​​ 以传统测绘技术为例，其高度依赖人工操作的特性，衍生出作业效率偏低、测量精度有限、对建筑本体干预性较强等系列问题，难以充分满足复杂建筑结构精细化记录的实际需求。针对上述挑战，倾斜摄影技术与激光扫描技术的有机融合，为文化遗产数字化保护开辟了全新技术路径。本文将从技术优势剖析、现实应用价值挖掘及优化策略探讨三个维度，系统研究传统建筑数字化保护的创新模式，旨在为文化遗产的精准留存与可持续利用提供理论依据与实践指导范例。

　　一、高精度三维重建技术守护文化遗产

　　(一)数据采集的高效性与全面性

　　在传统建筑数字化保护领域，倾斜摄影技术与激光扫描技术展现出的核心竞争力，集中体现在其卓越的数据采集效能上。相较于以人工实地测量和手工记录为主要方式的传统测绘方法，这两项新兴技术不仅大幅节省了时间与人力成本，更有效规避了因人为操作失误、环境因素干扰导致的信息遗漏问题。此外，这两种技术均采用非接触式作业模式，尤其适用于地形复杂或结构脆弱的古建筑保护场景。通过减少对文物本体的物理接触，既保障了建筑结构安全，又显著提升了数据采集的完整性与时效性，为传统建筑数字化保护工作开辟了新的技术路径。

　　(二)三维重建的精确性与可视化表达

　　两种技术借助数字化途径达成了传统建筑的高精度三维建模目标。倾斜摄影通过对多视角影像进行自动匹配以及空中三角计算，能够生成具备真实纹理的三维模型，以此直观展现建筑的色彩、材质以及整体风貌，但倾斜摄影模型依赖影像分辨率，几何精度低于激光扫描;激光扫描则以毫米级的精度对建筑的几何形态进行记录，其点云数据通过“三维重建算法”生成模型，精准反映出梁柱倾斜、裂缝变形等细微损伤情况，当二者协同时应以激光点云为几何基准。此类三维可视化成果，不仅能为修复设计提供可靠的依据，还能够与虚拟现实(VR)技术相结合，实现建筑场景的沉浸式展示。

　　(三)多维度信息的整合与应用拓展

　　两种技术的协同运用可对几何、纹理、材质等多维度信息进行融合，从而搭建综合数字化保护体系。激光扫描在色彩与材质信息方面的不足可由倾斜摄影的真实影像加以弥补，而倾斜摄影模型的结构校准基础则由激光扫描的高精度几何数据提供。这类融合数据不仅能为建筑单体保护提供支撑，还能整合到城市级文化遗产管理平台之中，实现对建筑群落的时空关联分析。

　　二、数字化保护技术如何更好留住中国建筑瑰宝?

　　(一)数据采集技术的协同优化与精度提升

　　在传统建筑数字化保护工作里，倾斜摄影和激光扫描技术的协同运用是提升数据采集效率与精度的核心策略。倾斜摄影技术依靠多角度航拍来收集建筑表面的纹理数据，能够对大范围区域进行快速覆盖，不过在面对复杂结构或者有遮挡的区域时，其在细节捕捉方面存在不足。而激光扫描技术凭借高精度的点云数据，弥补了这一缺陷，特别是在建筑立面雕刻、内部梁架结构等精细化建模中展现出显著优势。为达成技术协同，首先要建立统一的坐标体系与数据采集规范。在规划阶段，需明确两种技术的空间配准策略，比如通过地面控制点或者特征标识物的精确配准，来保证多源数据的空间一致性。同时，要对航拍和扫描的作业时序进行优化，例如在光照良好时优先进行倾斜摄影，激光扫描可同步或后续进行，从而从数据源头降低后期处理的难度。

　　(二)硬件设备配置与移动化采集方案设计

　　在地形复杂、空间受限的传统建筑分布环境中，对设备机动性的要求更为严苛。针对大型建筑群，可运用无人机搭载激光雷达与五镜头倾斜摄影系统的集成技术方案，借助定制化挂载平台达成同步数据采集的目标;而在室内或狭窄院落场景下，则需采用手持式激光扫描仪与全景相机的组合模式，同时结合SLAM(即即时定位与地图构建技术)及闭环检测或辅助定位技术，以实现无GPS环境中的精准定位。在设备选型环节，需重点考量扫描仪的测距误差、相机的色彩还原度等参数。举例来说，选择波长为1550nm的激光雷达设备，可有效规避木质构件表面吸收光线导致点云缺失的问题。此外，开发移动端数据质量监控系统同样关键，该系统能够实时检测点云密度、影像重叠度等指标，并支持现场快速补扫，从而避免因数据缺陷引发返工成本。

　　(三)数字化保护流程的标准化与智能化重构

　　在传统作业流程里，外业采集和内业处理环节相互分离，这一情况容易导致信息流失。优化策略应构建起从数据采集、处理到应用的闭环管理体系。于外业环节，可在BIM+GIS集成平台预先设置建筑信息模型，以此为扫描路径规划以及摄影角度选择提供指导;在内业环节，借助云计算架构对海量数据进行并行处理，像通过分布式计算来加快点云去噪、纹理映射等工序的进程。针对古建筑变形监测的需求，可研发时序数据分析模块，对历年扫描数据进行对比，从而自动识别墙体倾斜、裂缝扩展等病害特征。除此之外，需制定包含数据格式、元数据描述、成果交付等环节的标准规范体系，例如规定点云数据需包含反射强度属性并结合多光谱数据或纹理信息，以便进行材质分析，进而促进行业级的数据互通与长期存档。

　　(四)跨学科人才培养与技术生态培育

　　技术成果转化面临的主要障碍常与复合型人才储备不足相关。建议在建筑遗产保护专业课程架构中纳入三维激光扫描基础理论、摄影测量算法原理等教学模块，同时与计算机学科开展协同育人机制，着力培养兼具数据处理能力与建筑学专业素养的跨领域技术人才。倡导产学研合作主体共同搭建传统建筑数字孪生实验平台，尤其针对徽派马头墙、闽南燕尾脊等地域性建筑典型特征，开展专用分析工具的研发工作。通过构建开源社区平台，实现点云样本数据库与算法模型的共享机制，进而降低技术应用的准入门槛。除此之外，应积极推动传统建筑数字化保护联盟的建立，有效整合文物管理部门、科技企业及科研机构的优势资源，形成涵盖技术研发、标准制定、项目实施等环节的完整产业生态链。

　　作者牛琳系武汉设计工程学院环境设计学院教授;本文系武汉设计工程学院科研项目：“荆楚传统民居建筑装饰的数字化复原和保护研究”编号(K202328)