DB61T 1173-2018石窟寺文物本体三维扫描测绘技术规程

ICS发布ICS发布01.100AA75陕西省地DB61方标准DBT1173—2018规程TechnicalspecificationsforSurveyingofculturalrelicsincavetemplecomplexhroughThreedimensionalscanningtechnology陕陕西省质量技术监督局IDB61/T1173—2018 DB61/T1173—2018前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由陕西省第三测绘工程院提出。本标准由陕西省文物局归口。本标准起草单位：陕西省第三测绘工程院、国家测绘地理信息局测绘标准化研究所、陕西省文物保护研究院、陕西省考古研究院。本标准主要起草人：王永红、陈惠军、赵静、蒋大鹏、梁爽、邓国庆、李海泉、南竣祥、周磊、赵强、李恭、刘小强。本标准由陕西省第三测绘工程院负责解释。本标准首次发布。联系信息如下：单位：陕西省第三测绘工程院电话址：西安市碑林区测绘路6号邮编：7100541DB61/T1173—2018石窟寺文物本体三维扫描测绘技术规程1范围本标准规定了石窟寺文物本体三维扫描测绘的有关术语和定义、总则、本体测量、成果形式等内容。本标准适用于石窟寺文物本体的三维扫描测绘，其他诸如摩崖石刻等不可移动文物本体三维扫描测绘可参考执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T50228—2011工程测量基本术语标准CH/Z3017—2015地面三维激光扫描作业技术规程CH/T8023—2011机载激光雷达数据处理技术规范3术语和定义GB/T50228—2011、CH/Z3017—2015和CH/T8023—2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了GB/T50228—2011、CH/Z3017—2015和CH/T8023—2011中的某些术语和定义。3.1石窟寺cavetemplecomplex就着山势,从山崖壁面向内部纵深开凿的古代庙宇建筑，内部有宗教造像或宗教故事壁画。具体包括塔庙窟、佛殿窟、僧房窟、大像窟、佛坛窟、小型禅窟和禅窟群。3.2前室prechamber主室之前的活动空间，是石窟寺的主要构成部分。3.3甬道tunnel石窟前室与主室之间或石窟与石窟之间的内部通道。3.4主室mainchamber又称后室，是石窟造像及绘制壁画的主要场所，整体上为一封闭性空间，有窟门及甬道与前室相通。3.52DB61/T1173—2018石窟寺文物本体culturalrelicsofcavetemplecomplex最能反映石窟寺文物历史、艺术、科学价值的空间实体部分，石窟寺文物本体包括造像、石刻、壁画及与之配套的建筑。3.6点云pointcloud以离散、不规则方式分布在三维空间中的点的集合。[CH/T8023—2011，定义3.3]3.7点间距distancebetweenpoints点云中相邻两点之间的空间距离。[CH/Z3017—2015，定义3.1.3]3.8特征点featurepoint在点云中选取的或者专门测量得到的用于识别扫描物角点、线状地物的交叉点等。[CH/Z3017—2015，定义3.1.4]3.9点云配准pointcloudregistration把不同站点获取的点云数据变换到同一坐标系的过程。[CH/Z3017—2015，定义3.1.5]3.10标靶marker用一定材质制作的具有规则几何形状的标志。用于在点云中能很好地被识别和测量，可用于点云数据质量检查及点云配准等工作。[CH/Z3017—2015，定义3.1.6]3.11独立坐标系independentcoordinatesystem相对独立于国家坐标系外的局部测量平面直角坐标系。[GB/T50228—2011，定义3.2.8]。3.12降噪removenoise去除点云中由于外界因素(如光线、震动、噪声等)以及三维激光扫描仪本身的因素造成的不可避免的部分点的过程。[CH/Z3017—2015，定义3.1.9]3.13渲染影像图renderedimagemap3DB61/T1173—2018点云数据拟合形成文物本体三角网格模型，经渲染后将网格模型整体或局部投影到某一平面所形成的图像。4总则4.1石窟寺文物本体三维扫描测绘工作内容包括前期准备、数据采集、数据处理、成果归档。4.2石窟寺文物本体三维扫描测绘宜采用独立坐标系。4.3石窟寺文物本体测量的尺寸以“厘米(cm)”为基本单位，超过100厘米(cm)的也可采用“米(m)”为计量单位。4.4石窟寺文物本体三维扫描测绘不得损坏石窟寺文物本体及内部设施。5本体测量5.1前期准备5.1.1资料收集作业前应收集以下资料，并进行适用性分析：a)石窟寺地理位置、管理机构和周边环境等信息；b)石窟寺历史沿革、本体调查资料、“四有”档案(有保护范围、有保护标志、有记录档案、有保管机构)、学术专著等相关研究和档案资料；c)石窟寺地形测绘数据、保护规划数据、遥感影像资料等；d)必要时收集石窟寺及其周边的水文、地质等其他相关资料。5.1.2现场踏勘5.1.2.1分析确认已有资料的适用性。5.1.2.2了解石窟寺所在地区的气候及交通状况，石窟寺本体规模，扫描对象分布、类型及特征。5.1.2.3根据现场情况，确定是否需要特殊设备辅助扫描工作(升降平台、平行移动轨道的设备等)，初步制定石窟寺扫描技术方案，根据扫描对象的形态、空间分布、精度要求初步设计扫描站点的位置、标靶类型及标靶布设位置等。5.1.2.4根据踏勘情况，预估项目工期、技术难点和困难程度。5.1.3设备准备根据项目规模、工期、指标等，选择符合项目要求的三维扫描仪、数码相机、便携式计算机、存储介质的类型和数据处理软件，必要时配备安全防护装备。特殊作业环境中，所选仪器设备及制定的扫描方法应满足安全要求。5.1.4技术方案项目概述、石窟寺历史沿革及现状、已有资料情况、作业依据、主要技术指标、成果规格、设备配置、人员配置、技术路线及作业流程、进度安排、安全保障措施。5.2数据采集5.2.1数据采集流程4DB61/T1173—20185.2.1.1数据采集流程包括点云数据采集、纹理图像采集、外业数据检查及导出备份等步骤。5.2.1.2外业实际工作过程，点云数据采集和纹理图像采集可灵活交叉进行。5.2.2点云数据采集5.2.2.1无特殊要求时，数据采集通过自由设站，可选择任意扫描测站坐标系为基准。5.2.2.2数据采集顺序一般从外到内。首先扫描洞窟外围山体、附属建筑和地面，然后依次对前室、甬道、主室、四壁、窟顶、佛龛等部分进行扫描。5.2.2.3点间距或采集分辨率应符合表1的要求，有特殊要求的应另行设计。表1点云数据精度表点云等级适用范围特征点间距中误差mm最大点间距mm配准要求1.壁画；2.主体尺寸小于等于10厘米的佛龛、造像；3.雕刻有花纹的四壁、窟顶；4.其他具有精细结构的石窟寺本体部分。采用标靶进行配准，连续传递配准次数精度≤5mm主体尺寸大于10厘米小于等于50厘米的佛龛、造像；主体尺寸大于50厘米小于等于2米的佛龛、造像；二等1.主体尺寸大于2米的佛龛、造像；2.前室、甬道、主室中没有花纹的四壁、窟顶及地面；≤15≤10采用标靶、特征点、点云进行配准，连续传递配准次数应不≤10mm三等石窟外围山体、附属建筑和地面；≤50≤255.2.2.45.2.2.5a)b)c)d)5.2.2.6a)b)5.2.2.75.2.2.85.2.2.9相邻两站有效点云的重叠度不低于30%，困难区域有效点云的重叠度不低于15%。地面三维扫描站布设应符合下列要求：架设在地面稳定、外界影响较小的安全区域；布设应覆盖目标区域的全部范围；设站应在保证点云精度的前提下尽量减少点云拼接次数，降低点云数据拼接误差；搭设平台扫描应选择震动幅度小、方便作业人员上下的工具。测站架设完成，待平台稳定后可利用无线控制技术进行扫描操作。地面三维扫描标靶布设应符合下列要求：地面三维扫描标靶宜选择带基座的球形标靶，也可选择带基座的其它类型标靶、纸质标靶。带有基座的标靶需放置在稳定、不易碰触的区域。纸质标靶需粘贴到底面平坦，不影响采集表面数据的区域；标靶能够被扫描仪良好识别，每一测站能够通视的标靶数一般不少于4个，相邻测站的公共重证标靶3点不共线，4点不共面；特殊情况下，明显特征点可以作为标靶使用。手持三维扫描优先选用带标记点的扫描方式。扫描过程中应对影响后期拼接精度的标靶进行识别并精确扫描。扫描过程中应及时检查扫描漏洞，并进行补充扫描。5DB61/T1173—20185.2.3纹理图像采集5.2.3.1单张原始纹理图像应达到千万级的像素，纹理图像每平方厘米(cm2)的像素数应符合表2的要求。表2纹理图像像素数要求Mcm像素数cmM≤1010＜M≤5050＜M≤100100＜M≤200200＜M200＜M≤500≥0.5500＜M≥0.25.2.3.2图像拍摄宜先进行全景拍摄，再按区域正对拍摄，拍摄时角度应保持镜头正对目标面，取图像中心变形较小的区域合成纹理图像。5.2.3.3石窟寺内光线条件较差时，应借助外部光源进行补光；补光时应选择光线较为柔和、均匀的补光器材。5.2.3.4相邻两幅图像的重叠度应不低于30%。5.2.3.5采集图像时应绘制图像采集点分布示意图。5.2.3.6纹理颜色有特殊要求时需使用色卡配合拍摄。5.3数据处理5.3.1数据处理工作内容数据处理工作内容包括点云数据处理、图像数据处理、彩色点云制作。5.3.2点云数据处理5.3.2.1配准可选择标靶、特征点、点云数据软件自动匹配等方法，并符合下列要求：a)至少采用3个点建立转换矩阵进行点云数据配准；b)所有测站点云数据配准后的数据应全面、完整的覆盖目标表面；c)点云数据配准精度应符合表1的要求。5.3.2.2降噪和抽稀应符合下列要求：a)降噪不能影响拼接后的点云数据质量；b)降噪处理不能影响文物本体及重要部位数据采集的质量；c)点云数据中脱离扫描目标物的异常点、空气灰尘形成的噪点，可采用软件自带的滤波方式直接进行降噪处理；d)数据采集中标靶点或人员流动所产生的噪声点，无法直接通过软件过滤进行删除时，应采用人工删除方式处理；e)点云数据抽稀应不影响目标物特征识别与提取，且抽稀后点云应符合表1的要求。5.3.3图像数据处理6DB61/T1173—20185.3.3.1采用曝光适当，能够真实反映目标实际材质的图案、质感、颜色等信息的图像。5.3.3.2对出现阴影、相邻图像色差等异常现象，应进行色彩调整以保持图像反差适中、色彩一致；对曝光过度、不足的图像无法找到替代图像时，应重新拍摄。5.3.3.3对视角或镜头畸变引起的图像变形，应做纠正处理。5.3.3.4保证处理后的图像细节表现清晰，无明显配准镶嵌缝隙。5.3.3.5使用色卡时，应参照色卡进行色彩调整。5.3.3.6图像处理可使用全景照片作为参考进行色彩调整、变形纠正、图像配准。5.3.3.7处理后的图像应存储为通用文件格式。5.3.4彩色点云制作5.3.4.15.3.4.25.3.4.3彩色点云的色彩应从无色差影像获取，优先使用分辨率较高的纹理图像。选择明显特征点进行特征匹配，特征点分布应相对均匀。处理好的彩色点云数据应真实反映目标实际色彩特征。6成果形式6.1成果内容成果包括点云成果，三维模型，平面图、立面图和剖面图，渲染影像图和等值线图。6.2点云成果6.2.1文件格式点云成果宜采用ASC、XYZ、PTS等常用文件格式。6.2.2成果要求6.2.2.16.2.2.26.2.2.36.2.2.4点云数据要具有完整性，不能出现点云空洞、变形。点云密度和点云噪声不影响目标地物特征的识别与提取。点云相对精度应符合表1的要求。彩色点云无明显色差。6.3三维模型6.3.1文件格式三维模型宜采用OBJ、3DS、MAX等常用文件格式。6.3.2成果要求6.3.2.16.3.2.26.3.2.36.3.2.4模型应准确反映出石窟寺文物本体的几何特性、真实质感、色彩及明暗关系。有相应场景模型的，场景模型应与石窟寺色彩、光照效果协调一致。有相应属性数据的，属性数据应具有正确性、完整性和现势性。模型纹理应符合表2的像素数要求。6.4平面图、立面图、剖面图6.4.1文件格式7DB61/T1173—2018平面图、立面图、剖面图宜采用DWG文件格式。6.4.2成果要求6.4.2.1一般规定平面图、立面图、剖面图成果应符合以下要求：a)应图面整洁、结构完整，各构件关系正确；b)图廓线与点云数据相符合；c)文字描述、尺寸标注具有完整性、精确性和现势性，可采用方里网表述尺寸信息；d)比例尺、图表符号、注记、整饰、图线、图例、注释、图样画法等要素齐全、位置合理、层次分明；e)比例尺及纸张参见表3。表3平面图、立面图、剖面图比例尺纸张比例尺M≤1.5A41.5＜M≤3.5A4A33.5＜M≤6A4A36＜M≤15A4A315＜M≤25A325＜M根据实际需要6.4.2.2平面图6.4.2.2.1应包括石窟总平面图、石窟平面图。6.4.2.2.2总平面图反映范围区域内山体平面轮廓形状，范围区域内突出的附属建筑、构筑物的分布情况，石窟与山体的位置关系。6.4.2.2.3总平面图反映范围区域内石窟分布情况、相互位置关系、石窟平面形状和尺寸。6.4.2.2.4石窟平面图反映各构件(前室、甬道、主室等)的平面形状、尺寸及相互位置关系。6.4.2.2.5石窟平面图如有地面铺装的，反映铺地边界、地砖地板材质、排列方式等。6.4.2.3立面图6.4.2.3.1应包括石窟总立面图，佛龛造像立面图。6.4.2.3.2石窟总立面图反映范围区域内山体整体轮廓形状和走势，石窟与山体的位置关系。6.4.2.3.3石窟总立面图反映石窟整体分布情况、相互位置关系、石窟立面形状和尺寸。6.4.2.3.4佛龛造像立面图分为佛龛造像正视图和佛龛造像侧视图，分别反映佛龛造像正面及侧面的轮廓尺寸、形制特征、造型特点及局部大样。6.4.2.3.5佛龛造像立面图中应绘制相应石窟平面缩略图，并标注出佛龛造像在石窟中的位置信息。6.4.2.4剖面图6.4.2.4.1剖切面的选取应科学合理，反映全貌、构造特