壁畫墓數(shù)字化采集規(guī)程

1壁畫墓數(shù)字化采集規(guī)程本文件提供了壁畫墓的三維激光掃描數(shù)字化采集規(guī)范，規(guī)定了術語和定義、基本要求、采集準備、數(shù)據(jù)格式、掃描流程、數(shù)據(jù)處理、成果數(shù)據(jù)及成果評價。本文件適用于壁畫墓三維激光掃描數(shù)字化采集的過程和活動，開展數(shù)字化采集的壁畫墓參照執(zhí)行。下列文件對于本應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改版）適用于本文件。田野考古工作規(guī)程修訂版(2009)；中華人民共和國文物保護法（2017）；WT/T0024文物保護工程文件歸檔整理規(guī)范GA27-2002文物系統(tǒng)博物館風險等級和安全防護級別的規(guī)定GB/T12979近景攝影測量規(guī)范CH/Z3017地面三維激光掃描作業(yè)技術規(guī)程CH/T1004測繪技術設計規(guī)定GB/T15314-1994精密工程測量規(guī)范GB/T16571-1996文物系統(tǒng)博物館安全防范工程設計規(guī)范GB/T17941-2008數(shù)字測繪成果質(zhì)量要求GB/T18316-2008數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收GB/T24356-2009測繪成果質(zhì)量檢查與驗收GB/T14950-2009攝影測量與遙感術語GB/T50103-2010總圖制圖標準(附條文說明)CH/T9016-2012三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范GB/T18894-2016電子文件歸檔與管理規(guī)范WW/T0082-2017古建筑壁畫數(shù)字化測繪技術規(guī)程上述規(guī)范性引用文件中界定的、以及下列術語和定義適用于本文件。3.1壁畫墓壁畫墓指在墓室內(nèi)壁、墓頂、地面、墓門和墓道等部位裝飾平面性圖像的墓葬。狹義的“壁畫”僅指以色彩繪制的畫面，廣義的“壁畫”還包括以線刻、浮雕、模印等工藝在建筑表面上制作的畫面。3.2點云以離散、規(guī)則或不規(guī)則方式分布在三維空間中的點的集合，通常由三維掃描儀采集物體表面三維信息而獲得的離散點組成。3.3點云密度單位面積上點的平均數(shù)量。23.4點間距點云中相鄰兩點之間的空間距離。3.5點云配準將多視角拍攝、不同局部坐標系點云數(shù)據(jù)通過同名幾何約束，變換到同一坐標系下，構成完整點云數(shù)據(jù)的過程。3.6點云融合將多視點獲取的點云數(shù)據(jù)的公共部分進行處理，得到無重疊部分的整體點云數(shù)據(jù)的過程。3.7三角網(wǎng)格模型以按照一定拓撲關系連接的三角形面片描述物體三維形貌的幾何數(shù)據(jù)。通過三角形表示的物體空間信息的三維模型。3.8數(shù)字正射影像利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空像片、遙感影像（單色/彩色），經(jīng)逐個象元進行投影差改正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù)。3.9冷光源與熱光源不同，為幾乎不含紅外線光譜的光源，物體發(fā)光時的溫度較低。3.10色彩管理運用軟、硬件結合的方法，在數(shù)據(jù)采集和處理過程中，統(tǒng)一管理和調(diào)整顏色，保證整個過程中色彩的一致性。3.11完整度物體非隱蔽表面的網(wǎng)絡模型統(tǒng)計面積與實際比例面積之比。4.1人員要求項目開始前，需要明確團隊組成及分工，指定一名項目負責人，負責整個項目進程。進入墓葬前，人員需穿戴專門裝備，佩戴口罩、手戴手套、腳穿鞋套，手機禁止帶入墓葬中。4.2測繪要求a)平面基準：采用2000國家坐標系，采用地方坐標系時與國家坐標系聯(lián)測。b)高程基準：采用1985國家高程基準,采用地方高程基準時與國家坐標系聯(lián)測。c)時間基準：地面三維激光掃描作業(yè)及產(chǎn)品涉及的日期應采用公元紀年，時間采用北京時間。d)精度指標：空間點位相對精度（mm）以中誤差衡量，取兩倍中誤差為限差?？臻g點位相對精度是指點云中兩點之間的距離與實際量測距離的較差。4.3安全保障e)項目實施前，提前制定安全預案；f)項目執(zhí)行過程中，要確保文物安全及人員安全；g)防止儀器設備接觸到墓葬表面或傾倒碰撞到文物本體；h)在高處測量時，人員要系安全帶；i)移動設備與墓葬表面之間安全距離≥500mm；3j)采用固定掃描設備及支架的，以大于設備及支架傾倒半徑確定為與墓葬表面最小安全距k)采集人員要按照文物保護人員的基本要求進行操作，避免因人為操作不當對文物本體造成不可挽回的破壞。l)安排專人專用設備保管數(shù)據(jù)，保證信息安全。4.4風險預案前期準備工作中，明確風險范圍以及發(fā)生損害事件后的責任劃分與風險預案。如在工作過程中對設備的拿放、移動等行為應由專人負責，掃描過程應在專人監(jiān)督指導下進行。如出現(xiàn)文物的損害可根據(jù)工作準備前期與文物管理單位的責任劃分與風險預案進行相應處理，避免責任糾紛。工作流程見圖1。圖1工作流程圖46.1標靶設置6.1.1標靶布設a)每一掃描站的標靶≥4個。b)相鄰兩掃描站的公共標靶≥3個。c)標靶在相鄰兩掃描站連線的中點附近區(qū)域，均勻布置且高低錯落。d)同一掃描站標靶之間的距離至少有一個>等于掃描目標物主體到掃描站的距離。e)標靶不易設置區(qū)域，用標靶紙?zhí)娲?.1.2標靶測設在需要借助標靶進行坐標系轉換時，在不同控制點上施測5次以上，各次測量最大互差≤3mm，高程最大互差≤2mm。取各次測量平均值作為標靶的中心坐標。6.2點云數(shù)據(jù)采集6.2.1點云數(shù)據(jù)采集的基本要求f)點云數(shù)據(jù)采集的分辨率原則為采樣點距均勻、越精細越好，因精細數(shù)據(jù)會造成數(shù)據(jù)量的加大，對后續(xù)數(shù)據(jù)處理和保存等都增加了難度，實施中結合實際情況選擇適合的分辨率。下面是采集精度基本要求：g)墓葬空間，分辨率≥5mm，采集精度為1mm~3mm。6.2.2點云數(shù)據(jù)采集的流程按照以下步驟進行采集：a)布置三維點云采集的現(xiàn)場條件，準備輔助設施，包括腳手架、電源、遮光布等；b)校準儀器，確保其工作性能達到最佳水平；c)規(guī)劃掃描視點，設定掃描路徑，采集三維點云；d)在數(shù)據(jù)采集軟件中對原始點云進行拼接、檢測，確保數(shù)據(jù)完整性；e)保存原始數(shù)據(jù)，按附錄A填寫現(xiàn)場記錄。6.3圖像數(shù)據(jù)采集6.3.1圖像數(shù)據(jù)采集的基本要求圖像數(shù)據(jù)主要包括：墓葬壁畫和墓葬紋理圖像。圖像數(shù)據(jù)采集的原則為越整體連貫越好，圖像角度為正投影視角；根據(jù)實際情況選擇合適的設備及燈光。下面是對圖像采集的要求：a)圖像采集使用滿足分辨率要求的單反相機，單張圖像相幅設置到相機的最大分辨率；b)相機的最小像素應≥4000萬像素，拍攝對象實際分辨率≥300dpi；小型墓葬推薦分辨率≥600dpi，大型墓葬≥300dpic)拍攝角度應保持鏡頭正對目標面；無法正對拍攝時，先拍攝全景，再拍攝局部，保證數(shù)據(jù)完整；照片拍攝要有連貫性；d)拍攝照片時燈光要分布均勻，杜絕出現(xiàn)陰影、高光、亮點或暗點。e)相鄰照片之間保證有≥40%的重疊區(qū)域；f)圖像文件格式應選擇TIFF或RAW+JPEG。6.3.2圖像數(shù)據(jù)采集的流程按照以下步驟進行采集：a)布置圖像數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場條件，準備輔助設施，包括腳手架、電源、遮光布等；b)設置光源，放置色卡，調(diào)整相機，校準儀器，確保其工作性能達到最佳水平；c)規(guī)劃拍攝視點與角度，采集圖像數(shù)據(jù)；d)拍攝后，現(xiàn)場檢查照片完整性，保存原始數(shù)據(jù)。57.1點云數(shù)據(jù)處理7.1.1點云配準點云數(shù)據(jù)需按照掃描站點路徑順序拼接，確保站點拼接數(shù)據(jù)的正確性和連續(xù)性，避免出現(xiàn)錯站漏站的情況發(fā)生。對于長直的連續(xù)站點可進行間接拼接的方式進行宏觀拼接，保證總體誤差偏小后在進行平差。整體平差后要求站點平差精度≤2mm。7.1.2坐標系轉換墓葬三維掃描點云，不使用絕對坐標的整體轉換。采用3個以上、分布均勻的同名點進行坐標系轉換，通過參數(shù)模型解算點云坐標系和絕對坐標系之間的轉換參數(shù)，坐標轉換殘差<5mm。7.1.3降噪與抽稀點云數(shù)據(jù)中存在脫離掃描目標物的異常點、孤立點時，根據(jù)視點的數(shù)量采用濾波方法或人工手動進行點云數(shù)據(jù)降噪處理。對點云數(shù)據(jù)抽稀符合下列規(guī)定：a)掃描目標物表面曲率變化小的區(qū)域采用均勻抽稀，抽稀的原則滿足建模時點密度要求；b)掃描目標物表面曲率變化明顯區(qū)域采用保持特征的抽稀，根據(jù)法向量變化和曲率識別特征區(qū)域進行抽稀。7.2圖像數(shù)據(jù)處理圖像數(shù)據(jù)處理包括圖像色調(diào)調(diào)整和色彩糾偏、變形糾正、圖像配準、格式轉換，符合下列要a)圖像出現(xiàn)曝光過度、曝光不足、陰影、相鄰圖像間的色差等現(xiàn)象時，進行色調(diào)調(diào)整，色彩糾偏，保持圖像反差適中、色調(diào)一致；b)因視角或鏡頭畸變引起變形，對圖像的變形部分作糾正處理；c)圖像配準時，保證圖像細節(jié)表現(xiàn)清晰，無配準鑲嵌縫隙；d)將處理后的圖像轉換為通用的文件格式；e)處理后的圖像應與實地情況相符，真實反映實際材質(zhì)的圖案、質(zhì)感、顏色及透明度。7.3三角網(wǎng)格模型構建由點云數(shù)據(jù)采用點云封裝進行三角網(wǎng)格模型的建立，構建后需根據(jù)現(xiàn)狀對三角網(wǎng)模型進行進一步修復操作。7.3.1三角網(wǎng)格的精簡三角網(wǎng)格的精簡采用基于曲率的精簡方式，保留物體的特征。數(shù)據(jù)量的控制根據(jù)建模對象的要求和計算機的處理能力而定。7.3.2三角網(wǎng)格的平滑三角網(wǎng)格平滑是在保持物體特征的基礎上，去除丁狀物、高折射邊、自相交，通過設置平滑的程度以處理物體的不同部位。7.3.3三角網(wǎng)格的修補三角網(wǎng)格修補是在幾何建模過程中對由于掃描死角等產(chǎn)生的漏洞進行修補，實現(xiàn)修補部位與已有部位的光順連接，采用保證曲率的孔洞修補方式。7.4紋理模型構建對三角網(wǎng)格模型進行紋理映射形成紋理模型，滿足如下要求：a)紋理映射所用照片必須亮度均勻統(tǒng)一，無明顯色彩差異；b)UV圖不得有重疊，建議每塊UV之間有10pix的距離；6c)當目標物過大時，使用多張UV圖。8.1三角網(wǎng)格模型a)三角網(wǎng)格模型為高精度三角面片網(wǎng)格模型，模型分辨率≥5mm，三角單邊距離≤0.3mm；b)網(wǎng)格模型表面不得有破面及高銳角面，對于遮擋部分可根據(jù)實際情況適當順滑；c)當模型數(shù)據(jù)>4G時，除保存整體模型外，需保存切塊后模型，單塊模型<4G，且相鄰兩塊模型之間有重疊。8.2紋理模型a)紋理映射的閾值（三角網(wǎng)模型與圖像的對應點偏差值）<0.5mm。b)紋理映射完成后須嚴格檢查圖像和三角網(wǎng)模型的匹配質(zhì)量，對于超過閾值的映射，需重新紋理映射。c)紋理表面不得出現(xiàn)接縫、陰陽面等非正常效果；貼圖大小為8192*8192；貼圖分辨率不<300dpi。8.3數(shù)字正射影像a)正射影像圖無明顯配準痕跡，圖像色彩接近真彩色，紋理清晰，色調(diào)均勻，反差適中；b)正射影像圖分辨率不<300dpi，圖片格式為PSB/PSD。c)出具≤1G的JPG簡體正射影像圖，該圖內(nèi)需有規(guī)范標尺，并附有TXT文檔描述其導入第三方軟件時所需的導入?yún)?shù)，確保導入后為1:1尺寸。8.4平面圖、立面圖、剖面圖a)平面圖、立面圖、剖面圖制作應符合GB/T50001和GB/T50103、GB/T50104相關規(guī)定；b)剖面圖采用點云切片方式繪制，使切片點云投影到平面，基于投影點云描繪；c)由于點云采集不全，無法準確獲取結構尺寸時，對于目標物交接關系明確的，可根據(jù)露明部分尺寸推算隱蔽尺寸，反推算的結果補充特別說明；d)平面圖、立面圖、剖面圖的結構尺寸比對實地檢核值，較差應≤1cm；e)基于數(shù)字正射影像繪制某一比例尺的平面圖、立面圖，依據(jù)的正射影像的比例尺≥繪制比例尺的2倍。表1數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)格式.ASC、.TXT、.XYZ、.PTS、.PTX、.OBJ等照片.RAW、.TIFF、.JPG、.PNG等幾何模型.STL、.OBJ、.PLY等紋理模型.WRL、.3DS、.OBJ、.IGS等數(shù)字正射影像.TIFF、.JPG、.TGA、.PNG等視頻數(shù)據(jù).WMA、.AVI、.MP4、.MPEG等控制點、標靶點.TXT、.PTS、.PTX等710.1點云數(shù)據(jù)按表2點云數(shù)據(jù)檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容評價。10.2三維模型按表3三維模型檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容評價。10.3平面圖、立面圖、剖面圖按表4平面圖、立面圖、剖面圖檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容評價。10.4評價方法應按照GB/T24356及GB/T18316的規(guī)定進行。表2點云數(shù)據(jù)檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容質(zhì)量元素詳查內(nèi)容點云覆蓋情況1．原始點云密度；2．原始點云噪點情況；3．原始點云點間距；4．處理后點云密度；5．處理后點云完整性；6．處理后點云是否有分層，配準結果僅作參考，以點云切片檢查實測結果為準。點云著色情況具有真實RGB信息表3三維模型檢查質(zhì)量元素與詳查內(nèi)容質(zhì)量元素詳查內(nèi)容點云模型正確性1．點云模型單位選擇：mm。2．檢查點云模型的可靠性a）單掃描站云數(shù)據(jù)無相對偏移；b）點云數(shù)據(jù)噪聲情況；3．檢查點云數(shù)據(jù)是否有分層。三角網(wǎng)格模型正確性1．三角網(wǎng)模型的單位：mm；2．三角網(wǎng)模型的空間位置是否正確，保證其與原始點云的空間位置一致；3．無關