三维重建与文物考古研究.PDF

三维重建与文物考古研究 主讲人：刘建国 中国社会科学院考古研究所 三维重建的必要性 人们用两只眼睛观察周围的世界，能够获得三维空 间中各种物体的形状、大小、纹理、远近、色彩等 多种信息，探索三维世界中事物的各种特征。所以 通过人们熟知的三维模型展示方式，可以从中获取 和识别更多的信息。 通过图形、影像等二维展示方式展示各种文物、遗 迹、遗址及其周边环境，很难使人们获得完整的空 间关系信息。特别是考古发掘过程是一个不可逆的 破坏过程，为了获取地面下层的遗迹、现象与文物， 必须以破坏上层的地层、现象为代价，所以发掘过 程中关键阶段遗址的三维重建显得尤为重要。 多视角影像三维重建 多视角影像三维重建技术是以普通数字相机作为影 像获取工具，从不同角度围绕被拍摄物体获取多幅 数字影像，然后根据计算机视觉原理，对获取的全 部数字影像进行相互匹配，生成被拍摄物体的表面 三维点云，加载影像信息后得到真实的三维模型。 外野工作主要是测量控制点和拍摄照片，一般先使 用电子全站仪测量少量的控制点，用于摄影测量数 据处理的过程中绝对定向，将测量对象置入特定的 三维直角坐标系中。拍摄照片的数量和采用镜头的 焦距应该根据现场情况而定，相邻影像的重叠度至 少须大于80% 以上，交会角不小于5度，尽量减少树 木等的遮蔽，以免降低匹配成果。所拍摄的目标物， 须尽可能充满整幅影像的情况下（约占满幅的80% 以 上），不同影像上同一地物应该大致相等。 控制点标志 拍摄数字影像的时候照相机的设置很重要，需要使 用手动档 （M档）设置统一的光圈大小和曝光时间， 并且在尽可能短的时间内完成拍摄，使每幅数字影 像的亮度、反差、阴影等情况比较一致。光圈值一 般为8或10左右，以确保数字影像具有足够的景深； 曝光时间不低于1/30秒（视拍摄者具体情况而定）， 光线比较暗的时候需要适当增加感光度或使用三脚 架进行拍摄。 拍摄时先使用平行摄影方式，连续拍建立整体模型 的照片，然后填补被遮挡的部分。 如果原始数字影像的反差、亮度比较合适，可以不 用进行匀光等处理即可使用；如果照片存在比较暗 淡等问题，则需要在Photoshop等软件中进行反差和 亮度调整，增强影像的质量，以便提高后续处理的 速度和精度。 根据三维模型数据，可以导出通用格式的三维模型、 正射影像图、各面立面影像图、数字高程模型等文 件，其中正射影像图、立面影像图等应该确定导出 影像的分辨率，以便在绘制线划图的时候绘制图解 比例尺。通过GIS等软件的支持，还可以根据数字高 程模型生成等值线图等图形。 连续拍摄的照片 墓葬的点云模型 墓葬的三角面模型 墓葬的三角网模型，放大后呈三角格网状 墓葬的真实三维模型模型与拍摄相机的位置 墓葬的正射影像图 数字高程模型 墓葬的等值线图 四轴飞行器进行低空拍摄 四轴飞行器进行低空拍摄 六轴飞行器进行低空拍摄 黑白石条墓地整体正射影像图 黑白石条墓地卫星影像（50厘米） 黑白石条墓地局部正射影像（1厘米） 谢谢各位！