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3D雷射掃瞄典藏建築空間

  按下快門,一秒鐘,迅速完成一張數位影像,然而如此只能看到一個角度一個面向,有沒有辦法按下快門,迅速建立起3D的數位影像呢?3D雷射掃瞄技術解決了這個疑問。

  3D雷射掃瞄研發自70年代即開始萌芽(Jennifer and Jeff 1999),最初是由美國的航太總署NASA所研發,為一種非常笨重的基本光達(LiDAR)測量的設備。主要構造是一部快速準確的雷射掃瞄系統,內含一組可導引雷射光以等角速度掃瞄的反射稜鏡,射測距儀可主動發射雷射光(laser beam),同時接收自「自然物表面」反射之訊號進行測距,針對每一掃瞄點可測得測站到掃瞄點的斜距,配合掃瞄的水平與垂直方向角,其掃瞄速度可達每秒數萬點,可推求得每一掃瞄點與測站之三度空間相對坐標差。

  此種快速獲得物件空間的三維資訊儀器,具有相當大的應用潛力與需求,許多困難的工程測量問題,將因此種儀器的引進迎刃而解決。目前此工具已成為設計製程中的一環,舉凡產品設計、模具開發等皆能運用,在建築空間的運用裡,除了典藏結構空間,也可提供逆向工作的輸出媒材,運用於文化藝術數位化保存,如古代銅像數位化、考古遺址遺物、大型佛像的雷射掃描等,皆運用了3D雷射掃描器快速的將模型掃描、建構。



1.三維雷射掃瞄儀(國立成功大學建築系提供)

2.三維雷射掃瞄儀操作示範

  使用3D雷射掃瞄儀掃瞄目標物,所獲得大量點數據稱為「點雲(point cloud)」。掃瞄所得到的點雲是由帶有三維坐標的點所組成,透過坐標轉換可將不同角度的點雲資料拼接成為立體的點雲圖形,點的型式記錄,每一個點包含有三維坐標,有些可能含有色彩資訊(R,G,B)或物體反射面強度此技術已經可以輔助測量達到0.2mm的誤差,這樣接近精準的數據幾乎可以省去辛苦考照測量師的工作,不但準確省時,亦可提供建築修護時深具助益的相關資訊。利用此逆向工程相關技術,進行後續資料處理與應用,在掃描建築的範例裡如圖3,其目的在建立歷史建築物數位保存之標準作業程序,這樣的呈現,尤其在Web 3D的網路虛擬世界更趨普及的當下,更帶動了3D數位化掃描技術的擴增。

3.三重崇德居建模過程(國立成功大學建築系提供)

隨著電腦科技日新月異,數位技術已然開始改變傳統的保存模式,除了檔案格式的轉變之外,保存的檔案類型也有所增加,照相測量的技術、虛擬實境的應用、數位影像和3D模型建構、網際網路的流通平台等,無一不對過去的保存觀念注入新的做法,這些因為科技而帶來的便利,若能夠善加利用,必定可以突破很多過去傳統保存的缺失,替歷史建築保存的工作效益和品質大幅度提升。

訪問:傳統大木司阜許漢珍技藝暨作品典藏計畫

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