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1關鍵技術

1.1激光掃描建模技術激光掃描建模是利用地面激光掃描儀快速、高精度、無接觸獲取物體表面的三維信息，量測特征點、特征線、特征面，建立立體模型，并加以色彩信息［5］，實現對現實世界的快速模擬。一般來說，使用該技術構建的模型細節豐富，對軟硬件要求較高，經常用于精細模型的創建。

1.2貼圖烘焙技術貼圖烘焙技術是一種模型預處理技術，把光照信息渲染成貼圖的方式，然后將烘焙后的貼圖再貼回到場景中的技術［6］。經處理后的模型含有場景中的光照信息和模型自身的紋理信息，軟件在進行渲染時，不需進行光照計算便可保持模型的顯示效果，大大提高系統運行效率。烘焙一般包含兩種類型：CompeteMap烘焙貼圖和Light－ingMap烘焙貼圖。

1.3地理特征數據庫技術FDB的數據組織采用了標準的三級層次結構，分別為數據源（DataSource），數據集（Data－set），要素類（FeatureClass）三個層級。數據源是當前FDB的一個實例，包括了當前FDB實例的所有數據；數據集是數據源的一個邏輯分組，所有的數據使用同一個模型庫、貼圖庫和相同的坐標參考系；要素類是指在數據集中，負責具體組織管理不同的要素。

1.4CityMakerSDKCityMakerSDK采用標準的COM控件技術，提供了3DGIS應用所需的相機控制、三維漫游交互、空間分析、地形分析、特征要素繪制等功能接口，可滿足不同用戶的開發需要。

2總體技術思路

彬縣大佛寺石窟三維數字化檔案建設是利用CAD建模技術［7］、三維激光掃描技術、虛擬現實技術等手段完成彬縣大佛寺石窟博物館周邊的地理環境、內部各類地物以及各個洞窟的數字化工作，利用CityMaker軟件創建三維地理信息數據庫，借助CityMakerSDK組件進行三維數字化檔案系統研發，形成真實、客觀、準確的三維數字化檔案，為后期的日常管理、文物立體展示奠定技術基礎。包括彬縣大佛寺石窟博物館的三維數字化、數據整合入庫、系統研發。

2.1三維模型的創建彬縣大佛寺石窟三維數字化檔案建設中需要的三維模型數據包括石窟造像三維模型、大佛寺石窟遺址區域地勢模型、大佛寺石窟場景模型。石窟寺中含有較多的佛龕造像，并且大小不一，雕刻細致程度不同，為精確記錄石窟造像三維數據，采用三維激光掃描儀對其進行精細掃描，基于激光掃描建模方法構建石窟造像模型；為確保數據現勢性，采用無人機航空影像數據經加工獲取數字正射影像［8］，將其疊加到高精度的數字高程模型得到大佛寺石窟遺址區域地勢模型；根據三維激光掃描數據提取建筑物、路燈、廣告牌、石凳等場景內地表以上的各類地物立面三維幾何信息，結合基礎地理信息資料，制作大佛寺石窟場景模型。所有數據均是以已有的1∶500地形圖為參考，紋理照片應滿足CityMak－er三維模型制作要求。文物工作者對三維數字化的文物要求，主要有以下幾個方面：幾何精度高；造像神態與實物相符；場景內的各類地物，尤其是標志性建筑，要能表現出深厚的歷史文化氣息。為創建逼真文物三維模型，提升軟件運行效率，需引入貼圖烘焙技術，同時在場景中布置合理的燈光，增強模型的顯示效果。

2.2數據整合及入庫數據制作完成后，需要對數據進行入庫前檢查，檢查的主要內容是模型坐標軸是否置中、單個模型以及紋理文件的大小是否滿足要求、模型及紋理的命名、模型的制作效果、坐標是否統一等。地理特征數據庫技術采用面向對象的數據組織管理方法，能夠真正實現對三維地理特征數據、三維模型和貼圖數據的一體化管理［9］。由于數據來源豐富、種類繁多，因此，在三維數字化檔案建設過程中，采用地理特征數據庫（FDB）技術對各類地理信息數據進行組織管理，真正實現數據的二三維一體化管理（圖1）。最終入庫時用到的模型數據格式為osg，紋理數據格式為dds，矢量數據格式為shp，柵格數據格式為tif。

2.3入庫后數據檢查由于不同的軟件具備不同的渲染方式，因此，同一種數據在不同軟件中的顯示效果不同，為了保證三維模型數據在入庫前后效果的一致，逼真再現石窟寺原貌，需要對模型顯示效果進行對比分析。解決的方法是對建好的模型數據進行烘焙貼圖，批量導出為OSG格式的模型數據，然后在CityMakerBuilder中編輯光照信息，增強立體效果。

3系統設計與實現

3.1系統架構系統采用C／S架構，以三維模型數據和基礎地理信息數據為數據基礎，利用GIS組件提供的GIS應用服務和三維服務研發三維數字化檔案系統，實現三維場景漫游、信息查詢分析、精確量測和三維展示等功能。

3.2系統開發環境系統采用基于GIS組件的二次開發方法，GIS工具平臺采用CityMaker軟件，借助于City－MakerSDK組件進行三維數字化檔案系統開發，可視化開發平臺采用VisualStudio2008，開發語言選用C＃．net。

3.3系統功能彬縣大佛寺石窟三維數字化檔案系統實現對彬縣大佛寺石窟的真三維虛擬展示，為大佛寺石窟的管理和保護工作提供科學的手段，系統功能主要包括用戶管理、三維漫游、空間量測、屬性查詢、信息輸出等［10］。（1）用戶管理功能記錄用戶的基本信息及操作信息，對用戶的權限、帳號、密碼等進行維護記錄。（2）三維漫游功能實現在三維場景中不同方式的漫游，包括洞窟內、洞窟外、步行、飛行及設定特定漫游路線等。同時，可以對洞窟外場景數據和洞窟內模型數據進行全方位、多角度的精細查看。（3）空間量測功能對模型數據的幾何尺寸進行精確量測，包括長度、寬度、高度、投影面積、體積等。（4）屬性查詢功能三維數字化檔案系統中包含了大量的屬性信息，為實現快速查詢，系統中提供了根據不同的屬性字段對三維數據進行快速查詢檢索。（5）信息輸出功能用戶可根據需要，將石窟寺三維模型以圖表形式輸出，方便日后查詢和管理。

4結束語

石窟寺三維數字化檔案系統實現了對石窟寺的全方位、多角度、真三維展示，準確記錄了文物的表面幾何特征和紋理信息［11］，真正實現對文物的永久保護。但是石窟寺窟內造像復雜，幾何和紋理信息豐富，當今技術手段效率不是很高，后期應加強在數據獲取及處理方面的研究。同時應緊密結合文物部門，有針對性地開展相關工作，提高測繪服務文物的能力。

作者：劉廣輝梁爽南竣祥李海泉鄧廷起單位：國家測繪地理信息局第二地形測量隊浙江省第二測繪院