開題報告修改

1、一、課題名稱PhotoModeler Seanner在古建筑測繪中的應用The Applicati on of PhotoModeler Scanner inAncient Buildi ng Survey二、研究本課題的背景和意義中國古建筑是世界上延續(xù)歷史最長、分布地域最廣、風格非常顯明的獨特建筑體 系，蘊含著豐富的文化價值、歷史價值及藝術價值，是古代人們勞動與智慧的結晶， 是幾千年文化傳承與發(fā)展的沉積。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平及品位的 日漸提高，人們對那些經(jīng)過幾千年風風雨雨而最終保留下來的古代建筑的保護也越來 越重視。古建筑測繪作為古建筑保護過程中不可或缺一個重要環(huán)節(jié)，也越來越

2、備受關 注。古建筑測繪是測繪學在文化遺產(chǎn)保護領域中建筑遺產(chǎn)記錄，監(jiān)測以及保護工程實 施等方面的直接應用，其為古文物建筑的保護提供科學記錄的檔案，是保護工作科 學、有效的進行同時又為建筑歷史與理論研究、建筑史教學提供翔實的基礎資料，為 繼承發(fā)揚傳統(tǒng)建筑文化、探索新的現(xiàn)代建筑創(chuàng)作提供借鑒。在古建筑測繪中近景攝影 測量方法對于古建筑的保護、維修或重建工程是最合適和最理想的方法，也是其他方 法無法替代的。攝影測量的有著悠久的歷史，目前數(shù)字近景攝影測量最有極大的潛力 和靈活性。在古文物、古建筑領域，自動的或半自動的數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)是一強 有力的工具，可用于古文物、古建筑的重建、修復、維護、研究和資料

3、記錄等。為了滿足古建筑保護的需要，本文綜合考慮古建筑測繪對古建筑保護的重要意 義，分析了目前古建筑測繪中最合理和最理想的測量方法一一數(shù)字近景攝影測量，并 結合PhotoModeler Scanner軟件在三維建模和測量中的應用，提出了將數(shù)字近景攝 影測量結合PhotoModeler Sca nner軟件運用到古建筑測繪中，以便為古建筑的重 建、修復、維護及研究獲取第一手資料。三、國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢近景攝影測量的發(fā)展在國際上已經(jīng)有五六十年的歷史。國際攝影測量與遙感協(xié)會 下屬的一個專門組織，稱之為近景攝影測量與機器視覺委員會，在它的組織下每兩年 召開一次國際性的學術討論會。在國外，對于近景

4、攝影測量的研究及進展如下：英國倫敦大學學院的 Singh R.等人研究對紋理和特征不明顯的目標通過近景攝影 測量進行三維重建采用主動光線照射目標物來形成人工紋理，取得良好的效果。保加利亞Dimitar Jechev 研究使用普通非量測相機進行近景攝影測量，通過一 種特殊的數(shù)學模型來對非量測相機的缺陷進行校正。美國加州工學院的Bouguet J.Y.于1999年開發(fā)的三維可視化建模技術，利用平 面標志板校正相機參數(shù)，并利用他本人提出的弱結構光技術進行被攝物體的立體建 模，在考古和工程測量上很有實用價值。德國的Thomas Lake,Wolfgang Forstner 對普通相機進行近景攝影測量時

5、，內方 位元素及鏡頭畸變的室內矯正實驗進行了深入探討。芬蘭的Haggren H.等人用旋轉相機拍攝具有球面效果的照片來進行目標物的測量 與目標重建。澳大利亞墨爾本大學的 Fraser C.S.等人對近景攝影測量的自動化及其校正進行 了深入的研究，將其用在事故現(xiàn)場重現(xiàn)、工業(yè)測量等方面，并研制出iWit ness等著名攝影測量與建模軟件。日本京都大學的Ohnishi Y.,Nishiyama S. 等人于2006年采用近景攝影測量山體 邊坡的變形問題，其在邊坡上布置大量的標志點，但不設控制點，只把儀器處的三維 坐標測出即可。在國內，近景攝影測量在近十余年內有較大的發(fā)展，下面就簡單列舉數(shù)例：中南大學

6、的曾卓喬教授于提出了近景攝影測量的許多新理論新方法，并于上世紀 80年代率先將攝影測量的P-H算法從德國引入國內。武漢大學的李德仁、馮文灝對數(shù)字化攝影測量的理論研究做出了許多卓有成效的 工作。武漢大學研制的全數(shù)字化近景攝影測量設備VirtuoZo，達到了國際先進水平。吳世棋、孔建、張德強在1994年采用國產(chǎn)DJS19/1318型攝影經(jīng)緯儀，以單像解 析法，在50m的距離內，使物方標志點的量測精度達到了1mm。但該方法需要昂貴的專門設備（如專業(yè)量測相機和立體坐標量測儀）和經(jīng)過特殊培訓的專門人員，且現(xiàn)場 需要布設像控點，準備工作復雜，與全站儀法相比并不占有明顯優(yōu)勢。于承新、徐芳、宋傳增等人應用普通

7、數(shù)碼相機開展鋼結構變形監(jiān)測的研究，采用 透視變換糾正算法，結合數(shù)字圖像處理進行目標點自動識別與定位，實現(xiàn)鋼結構瞬間 撓度的變形監(jiān)測。寇新建等人將光學量測影像數(shù)字化應用，研究解決礦山活動塌陷區(qū)大范圍的地表 監(jiān)測問題，發(fā)揮了近景攝影技術在對危險現(xiàn)場處理的技術優(yōu)勢。數(shù)字影像與計算機數(shù) 據(jù)處理結合的優(yōu)勢使人們致力于研究開發(fā)實用的近景影像技術系統(tǒng)，解決一些具體的工程應用問題。賀躍光等人介紹了中南大學研制的計算機無接觸三維數(shù)字化近景攝影測量系統(tǒng)的 構成、工作環(huán)境、功能、適用范圍，以及系統(tǒng)的使用方法。并以其中電子經(jīng)緯儀虛擬 照片法觀測隧道周邊位移為例，分析了系統(tǒng)的原理、使用方法及其精度。結果表明， 采用該系

8、統(tǒng)精度可靠，操作簡便，且適用性強。王國輝、馬莉等人研究出一種無固定測站式的近景攝影測量方法。該方法手持相 機，不設固定測站，不設控制點，但需要在欲測斷面上懸掛一、二把基尺，對像標和 標尺拍照，像片輸入計算機，用鼠標量測像點坐標，用改進的P-H算法轉換成物空間坐標。其研究適合在施工中隧道推廣，現(xiàn)場試驗亦達到了較高的精度。劉大剛提出了標定攝像法，可以手持相機對隧道斷面進行攝影，具有更多的方便 和靈活性，并在理論推導中，首次考慮了相機鏡頭畸變的影響。其現(xiàn)場試驗在已建成 通車10年的公路隧道內進行，精度達到了 1mm以下。但由于仍需布設控制點，且試 驗環(huán)境較理想，故其研究成果若于施工中的隧道推廣尚需克

9、服較多實際困難。田勝利對使用非量測相機應用近景攝影測量技術觀測結構變形進行了深入的研 究，并使用小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能手段對觀測結果進行了處理。其于云南小 灣電站的大型洞室內進行現(xiàn)場試驗，量測結果達到了較高的精度，但由于施工現(xiàn)場的 環(huán)境影響，精度與全站儀相比尚有一定的差距。目前，近景攝影的研究方向也還朝著數(shù)字近景攝影測量與計算機視覺領域進行延 伸拓展。近景攝影測量在近十余年已經(jīng)有了長足的發(fā)展，幾乎所有的民用或軍用部門 都使用過近景攝影測量。在研究和實踐的推動下，近景攝影測量技術已經(jīng)日臻完善， 目前已經(jīng)廣泛應用于建筑工程、航空航天技術、汽車制造、醫(yī)學、古建筑與古文化研 究、考古等各個領域。

10、近景數(shù)字攝影測量作為一種非接觸性測量手段，是基于嚴謹?shù)?理論和現(xiàn)代的硬軟件設施，可達到相當高的精度，可靠性強，以像片作為信息載體獲 取被測物體大量的物理和幾何信息。四、古建筑測繪的現(xiàn)狀古建筑測繪具有悠久的歷史，隨著科學技術的不斷發(fā)展，古建筑測繪技術也越來 越多樣。如原始測量技術、免棱鏡全站儀技術、全站儀結合數(shù)碼相機技術、三維激光 掃描技術和數(shù)字近景攝影測量技術等。原始測量技術主要是通過直尺、卷尺、繩、垂球等工具，直接量取建筑物及構件 的尺寸的方式采集數(shù)據(jù)，這種方法延續(xù)了幾千年，雖然操作簡單，但是對于大型和復 雜的建筑，無法保證足夠的精度；對于高處構件的測量和繪制，對操作者具有一定的 危險性，對

11、建筑物也容易產(chǎn)生破壞。免棱鏡全站儀技術在完成古建筑測繪是不需要接觸被測點，不需要在觀測點上安 置棱鏡，無需爬高，相對于原始測量技術危險性大大降低，也不會對古建筑造成大的 破壞。測量時全站儀直接瞄準觀測點，測距光束經(jīng)自然表面反射后可直接測量距離和 坐標，實現(xiàn)了“所瞄即所測”。全站儀結合數(shù)碼相機技術是先通過全站儀獲取古建筑物上足夠特征點的坐標，同 時利用數(shù)碼相機獲取古建筑物的圖像，在內業(yè)處理時，將裁剪后保留下的有用圖像導 入處理軟件，插入全站儀獲取的特征點的坐標，以便對圖像采用“三次變換”方法進 行糾正，最后對糾正后的圖像進行矢量化得到所需的古建筑的立面圖。國內21世紀初葉，三維激光開始被應用于古

12、建筑測繪領域，如用于故宮修復測 繪、和數(shù)碼相機相結合對古建筑物進行快速三維重建等，實現(xiàn)古建的數(shù)字化存檔，為 研究中國古建筑史和建筑理論提供重要資料。但是其技術含量較高，硬件設備昂貴， 投入大，易受古建筑物周圍咼大樹木遮擋等，實際實施往往有難度。近景攝影測量技術由于具有瞬間獲取被測物體大量物理信息和幾何信息、不傷及 測量目標，不干擾被測物自然狀態(tài)、適合于動態(tài)物體外形和運動狀態(tài)測定、基于嚴謹 的理論和現(xiàn)代硬軟件，可提供相當高的精度與可靠性及提供三維空間坐標的各種產(chǎn)品 等優(yōu)點，而成為古建筑的保護、維修或重建工程是最合適和最理想的方法。在古文 物、古建筑領域，自動的或半自動的數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)是一強

13、有力的工具，可用 于古文物、古建筑的重建、修復、維護、研究和資料記錄等。五、本課題研究內容本論文主要研究的是利用數(shù)碼相機獲取古建筑的影像資料，結合數(shù)字近景攝影測 量技術，通過 PhotoModeler Scanner軟件對已獲得的進行處理，完成對古建筑的三 維建模和測量。其中將把研究重點放在以下內容上：(1) 研究古建筑測繪的背景、意義以及現(xiàn)狀。(2) 研究近景攝影測量的基本概念。深入闡述近景攝影測量的常用坐標系、像片 的內外方位元素、共線條件方程式以及共面條件方程式。(3) 重點研究近景攝影測量的理論模型。分析光線束平差解法及直接線性變換 解法這四種攝影測量中常用理論模型、解算方法和應用范圍

14、。(4) 認真研究非量測型數(shù)碼相機檢校的理論和方法。(5) 研究古建筑測繪的野外作業(yè)流程。對自動識別標志的合理布設，像片的拍攝 方法，控制點及相對控制的布設深入研究。(6) 研究利用PhotoModeler Scanner進行古建筑的三維建模與測量的方法。六、論文的時間安排第1周相關文獻的收集第2周完成開題報告第3、4、5周 完成論文的理論部分及 PhotoModeler Scanner軟件的熟練第6周外業(yè)資料采集第7、8 9周完成論文的三維建模及測量部分第10周完成論文的初稿第11、12周 論文的修改，最終論文成型第13周論文的再次審查第14周以后 等待論文答辯七、參考文獻1 羅哲文,中國古

15、代建筑M,上海：上海古籍出版社，20012 左光之,古建筑測繪教學的研究與探討J,科學信息，2010.23，P 188-1883 李振濤、許妙忠，數(shù)字近景攝影測量在古建筑物重建中的應用研究B,測繪信息與工程，2007.32，P84 曹勇，現(xiàn)代科技在古建筑繪中的應用A，現(xiàn)代物業(yè)，2011,03，P54-56王京衛(wèi)、楊風雷、郭秋英，基于免棱鏡全站儀的古建筑文物測繪方法A,山東建筑大學學報,2011.4,第26卷 第2期,P178-1816 余明、丁辰，過靜珺激光三維掃描技術用于古建筑測繪的研究J.測繪科學，2004.10，P69-70.7 馮文灝，近景攝影測量M，武漢，武漢大學出版社，2002八、

16、指導教師意見九、學院畢業(yè)設計（論文）指導小組意見出師表學生簽名:時間:指導教師:時間：負責人:時間：先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之 臣不懈于內，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽， 以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論 其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費祎、董允等，此皆良實，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補闕漏，有所廣益。將軍向寵，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在 時，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死 節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計日而待也F臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自 枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當世之事，由是感激，遂許先帝以驅馳。后值傾覆