在地球東經(jīng)94°48′15″，北緯40°02′10″的位置，坐落著20世紀(jì)有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)——敦煌莫高窟。莫高窟俗稱(chēng)千佛洞，始建于公元366年，歷經(jīng)十六國(guó)、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等歷代的興建，形成巨大的規(guī)模，雖然在漫長(zhǎng)歲月中遭受大自然的侵襲和人為的破壞，但至今仍保留有492個(gè)洞窟，壁畫(huà)4.5萬(wàn)平方米，泥彩塑2415尊，是世界上現(xiàn)存規(guī)模大、內(nèi)容豐富的佛教藝術(shù)圣地。1987年，被聯(lián)合國(guó)科教文組織列為世界文化遺產(chǎn)。
96號(hào)洞窟是莫高窟的標(biāo)志性建筑——九層樓，樓高45米，是莫高窟高的洞窟，依山崖而建，里邊供奉的是目前世界大的窟內(nèi)佛像，始建于初唐時(shí)期。
由于受到2011年強(qiáng)降雨影響，導(dǎo)致九層樓崖體與建筑之間發(fā)生滲漏，加之局部古建筑結(jié)構(gòu)因年久失修而發(fā)生位移、松動(dòng)和腐朽，所以在2013年5月對(duì)其進(jìn)行第六次修復(fù)工作。
此次修繕工作共投資500多萬(wàn)元人民幣，預(yù)計(jì)8個(gè)月時(shí)間工期，所以花費(fèi)近一個(gè)月時(shí)間從底部搭建了腳手架對(duì)九層樓的樓外進(jìn)行維修。借此機(jī)會(huì)，利用現(xiàn)代化的設(shè)備對(duì)修繕后的建筑進(jìn)行三維掃描，保存測(cè)量原始數(shù)據(jù)便于以后的利用分析；同時(shí)對(duì)佛像和樓體進(jìn)行三維建模，以便建立三維數(shù)字化展示平臺(tái)，讓游客不到其地也能身臨其境感受真實(shí)的洞窟數(shù)據(jù)，這樣更利于對(duì)文物的保護(hù)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本次三維掃描項(xiàng)目采用德國(guó)Z+F IMAGER 5010C設(shè)備，該掃描儀是相位式三維激光掃描儀，高精度可達(dá)0.3mm，有效測(cè)量距離可達(dá)187米，內(nèi)置相機(jī)可生成一站8000萬(wàn)像素的高分辨率影像數(shù)據(jù)，角度分辨率水平達(dá)到0.0002°垂直0.0004°，所以對(duì)建筑物細(xì)枝末節(jié)的角落都不會(huì)錯(cuò)過(guò)，對(duì)凹凸曲面也能完美反應(yīng)出來(lái)。

解決方案

由于腳手架搭建繁密，在掃描時(shí)會(huì)遮擋很多文物表面，影響掃描的效果，所以按照方案設(shè)計(jì)，定期進(jìn)行掃描。在腳手架拆除一部分掃描一次，一方面能保證掃描數(shù)據(jù)的完整，另一方面也不影響修繕工作的工期。從2013年8月至11月，基本每隔一個(gè)月對(duì)文物進(jìn)行一次掃描，每次掃描投入技術(shù)人員三名，每次掃描時(shí)間約2天，大概40站數(shù)據(jù)。

測(cè)量人員事先在一些位置擺設(shè)標(biāo)靶球以及貼標(biāo)靶紙，便于兩站數(shù)據(jù)之間的拼接，然后使用Z+F 5010C設(shè)備進(jìn)行三維掃描，掃描完的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)于掃描儀專(zhuān)用的USB內(nèi)存中，之后再將數(shù)據(jù)拷貝出來(lái)即可。

原始數(shù)據(jù)采用Z+F LaserControl軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，拼接時(shí)可采用標(biāo)靶球和標(biāo)靶紙同時(shí)拼接，采用小二乘法，近200測(cè)站數(shù)據(jù)后拼接精度達(dá)到2cm。
采用基于CAD平臺(tái)的PointCloud軟件，可直接快速導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，由于九層樓的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，木結(jié)構(gòu)特別多，所以可以采用PointCloud軟件的切片功能對(duì)局部進(jìn)行精細(xì)化建模再合并。

基于掃描儀的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用Geomagic軟件對(duì)佛像進(jìn)行三維建模，分別需要進(jìn)行抽稀、去噪、刪除孤點(diǎn)、統(tǒng)一采樣、封裝、補(bǔ)洞、合并等步驟，后生成三維模型。