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激光掃描為土地測量者創(chuàng)造了新的工作方式，主要因?yàn)檫@是一種收集準(zhǔn)確3D信息的快速方式。但是除了速度快這點(diǎn)外，掃描還是一種非入侵性的測量 —— 掃描被測量的表面時無需用手或是棱鏡對中桿或是其它任何輔助設(shè)備，這意味著激光掃描對于那些敏感而易遭受破壞的場所來說是絕佳的測量工具。當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)被越來越多 人熟知并在更寬泛的領(lǐng)域被應(yīng)用后，‘光接觸性’這點(diǎn)比起高速度和高準(zhǔn)確性來說更能成為一個絕佳的賣點(diǎn)。

戴世達(dá)集團(tuán)是一家位于芝加哥的測繪公司，他們自2001年起開始將掃描儀應(yīng)用于公司所承接的項(xiàng)目中。當(dāng)時他們正在研究測繪一處具有重要?dú)v史意義的石墻，這堵遭受損壞的石墻是瓦克大道（Wacker Drive）重建工程的一部分。“我們受雇測繪出遭受損壞以前的石墻，”P.E., L.S., 戴世達(dá)集團(tuán)總裁陳重先生說道，“這堵石墻長達(dá)五個城市街區(qū)，并由上千塊石塊所組成，政府?dāng)M恢復(fù)這一歷史遺跡原來的完整面貌。”戴世達(dá)集團(tuán)能在幾周的時間內(nèi)將數(shù)據(jù)信息收集在一起，并花幾個月的時間對其進(jìn)行處理，最后做出能夠指導(dǎo)重建工程的模型。

在那次成功的項(xiàng)目之后，公司就不再使用先前傳統(tǒng)的方式進(jìn)行測繪了，而一直使用掃描儀。瓦克大道的項(xiàng)目就是使用掃描科技的一個重要實(shí)例，歷史測繪就此成為了戴世達(dá)集團(tuán)業(yè)務(wù)的一個新領(lǐng)域。在中國進(jìn)行的兩個項(xiàng)目（ 公司于2004年在中國成立辦事處）彰顯了激光掃描應(yīng)用于這個有趣領(lǐng)域的眾多優(yōu)勢。

滄州鐵獅
滄州鐵獅鑄于公元953年，是中國最大、最古老的現(xiàn)存鐵獅雕塑。鐵獅高19英尺，長21英尺，寬11英尺。歲月在鐵獅的身上留下了深重的烙印：1603年鐵獅的尾巴消失了，1886年，鐵獅遭到了暴風(fēng)雨的侵襲，1984年的重建造成了鐵獅體面的裂化。空洞的雕塑現(xiàn)在由管型腳手架支撐著。

中國國家文化遺產(chǎn)協(xié)會與戴世達(dá)集團(tuán)共同合作創(chuàng)造了鐵獅的模型，用作有限元分析；分析有限元掃描這個龐然大物是一個從未涉及到領(lǐng)域，但是文化遺產(chǎn)協(xié)會對戴世達(dá)集團(tuán)應(yīng)用掃描儀的成功經(jīng)驗(yàn)十分熟悉，陳先生接受了這一挑戰(zhàn)。

“我們將在這個項(xiàng)目中使用FARO LS 880，”陳說，“我們承諾提供一個用于有限元分析的高分辨率模型，LS 880是一個基于相位的掃描儀，因而它的速度和準(zhǔn)確性是值得信賴的。而且因?yàn)槲覀兡芙嚯x地面對鐵獅，我們不需要長距離的光時間掃描儀。”他通過使用大約25臺掃描儀達(dá)到了2mm的精確性，在大約1毫米的距離內(nèi)進(jìn)行拍攝——每次掃描都需時7分鐘來完成。為了避免在鐵獅的表面設(shè)置目標(biāo)，他在鐵獅內(nèi)部和周圍設(shè)置了很多控制點(diǎn)：“我們通過設(shè)置目標(biāo)來驗(yàn)證數(shù)據(jù)，然后通過一個總站來獲取這些數(shù)據(jù)。如果我有不少于4個設(shè)置準(zhǔn)確的獨(dú)立控制點(diǎn)，我就可以將它們以3D的形式排列起來，然后與相同的掃描點(diǎn)進(jìn)行比較；如果它們在允許的范圍內(nèi)有些許差異，那么他們就能夠彼此相互驗(yàn)證。”

在鐵獅內(nèi)部和周圍進(jìn)行工作而不接觸鐵獅本身是有點(diǎn)難度。“在腳手架上進(jìn)行掃描總是一個挑戰(zhàn)，其中必然會有很多試驗(yàn)和錯誤，”陳說，“有時我們不得不做幾次掃描然后選取其中一次最佳的效果。但是如果沒有腳手架的話，我們就無法在鐵獅頂部進(jìn)行掃描工作。”為了在鐵獅內(nèi)部設(shè)置并寄存12次掃描，團(tuán)隊(duì)成員攀上鐵獅的頂部——一個5’x5’的平臺，該平臺由繩索和錨固定。最后因其作出的加倍努力，使得陳的團(tuán)隊(duì)在沒有接觸鐵獅表面的情況下完成了所有掃描工作。

LS 880和掃描儀一樣可以通過一個具有相同焦點(diǎn)的照相機(jī)進(jìn)行設(shè)置，但是戴世達(dá)集團(tuán)沒有在這個項(xiàng)目上使用這項(xiàng)技術(shù)。“這個項(xiàng)目的目的就是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，”陳說，“但是一旦客戶看到了結(jié)果，他們就會喜歡上這個作品，這樣我們就可以商討下一步的事項(xiàng)了，也許將是記錄表面腐蝕狀態(tài)的測量工作。”

每個掃描設(shè)置能收集大約5億字節(jié)的數(shù)據(jù)，總共13億字節(jié)。因?yàn)樵诂F(xiàn)場只用了3天時間，剩余的處理工作都在辦公室中完成。在辦公室里，在將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到InnovMetric’s PolyWorks前用FARO軟件組合來寄存點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

文化遺產(chǎn)協(xié)會對結(jié)果感到滿意嗎？“是的，非常滿意，”陳說，“將掃描數(shù)據(jù)用于有限元分析現(xiàn)在還沒有被廣泛地使用，但是他們已經(jīng)對鐵獅某些部分的缺陷有所解決，距離分析整個模型已不遠(yuǎn)了。”一旦進(jìn)行分析，文化遺產(chǎn)協(xié)會就會使用這些數(shù)據(jù)以有效而最小化的穩(wěn)定方式代替現(xiàn)在笨重而突兀的支撐設(shè)備；如果結(jié)果是好的，那么丟失的部分可被重新建構(gòu)修復(fù)。

戴世達(dá)公司獲得了這個項(xiàng)目是因?yàn)樗麄兙哂性谥袊褂脪呙鑳x的經(jīng)驗(yàn)，也因?yàn)樗麄兣囵B(yǎng)了很多精通中國歷史和考古學(xué)的人才，如雇傭了一名擁有雕塑藝術(shù)學(xué)位的員工。這在基礎(chǔ)工作和更多額外的工作上收到了效果。不像先前的恢復(fù)重建項(xiàng)目，戴世達(dá)公司能確保他們現(xiàn)在所做的工作不會對滄州鐵獅造成任何影響——因?yàn)殍F獅沒有被直接接觸過，所以它不可能遭受損壞。

莫高窟
作為“千佛之洞”的莫高窟于公元366年在甘肅省境內(nèi)修建而成。那里有超過700所佛教廟宇。因?yàn)檫@些洞穴建于1000多年前并歷經(jīng)中國佛教多個主要的歷史時期；又因洞穴中收藏的大量復(fù)雜的藝術(shù)品、雕塑和其它藝術(shù)品，莫高窟自1987年起即被聯(lián)合國教科文組織列為世界文化遺產(chǎn)。如今現(xiàn)存的洞穴有492個，庇護(hù)著大約2100個彩色雕塑和大約54,000平方碼的壁畫。一些洞穴甚至有50英尺高，雕塑幾乎延伸到洞頂。

許多洞穴的地貌由貌似灰泥、模塑的泥漿構(gòu)成，它們相當(dāng)精致。盡管現(xiàn)在洞中的壁畫依舊十分靚麗，但為防止褪色不能暴露在強(qiáng)光中，因此在莫高窟中不能使用強(qiáng)光攝影。傳統(tǒng)上，莫高窟中的測繪工作是十分辛苦的。在洞中要建構(gòu)并使用電網(wǎng)系統(tǒng)和一個總站，并在坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行測量工作。這個方法操作起來十分緩慢、浪費(fèi)成本，特別是測量數(shù)據(jù)不那么準(zhǔn)確：僅一個洞穴的測繪工作就需要3個工作人員花一年的時間來完成。

因此你認(rèn)為敦煌研究院將會對作為測量工具的激光掃描十分感興趣，但是事實(shí)上他們很難相信陳所說的。“我們確定我們有更好的方法來快速測量洞穴從而支持考古學(xué)報告。但是另一家公司已經(jīng)嘗試過激光掃描，當(dāng)該技術(shù)并不那么成熟時，效果可能并不好，”他解釋道，“在研究院同意再試一次之前，還需幾次介紹和一些絕佳的時機(jī)。”

作為試驗(yàn)，敦煌研究院同意掃描四個最古老的洞穴，每個洞穴都大約有1600年的歷史。FARO LS 880再一次成為了一個最佳選擇，這都?xì)w功于洞穴雕刻的細(xì)部和與鐵獅項(xiàng)目相似的操作空間及分辨率。該項(xiàng)目的控制設(shè)置相對比較直接：“我們設(shè)置了一條基線并據(jù)此逐步移動，”陳說，“而且因?yàn)槲覀儾荒苡|摸墻面或是懸掛任何目標(biāo)，我們讓藝術(shù)品自己通過確定繪畫角度來寄存掃描圖像。”但是因?yàn)槟抢镉猩习賯€繪圖角，很容易就混淆起來。為了避免混淆，陳使用了全站式激光點(diǎn)來選取目標(biāo)角落，以弱光拍攝足夠多的數(shù)碼照片。腳手架僅僅使用了一次，但是因?yàn)樵S多墻面藝術(shù)都使用了基底凸現(xiàn)濾鏡，大多數(shù)的墻面需要進(jìn)行多角度拍攝。

這些年里來到洞穴內(nèi)部的人并不多，陳說這是一次有趣的體驗(yàn)。“洞穴絕對是布滿了雕塑和細(xì)部藝術(shù)，不論在墻上還是天花上——大量的雕刻品呈現(xiàn)在你面前。能看到不同時代佛教的不同宗教‘喜好’和多種多樣的藝術(shù)形式，這是一個讓人著魔的過程。”

研究院對于戴世達(dá)公司的工作成果感到十分高興，特別是其掃描的速度。在六個月至一年的時間內(nèi)，全體工作人員每天能完成一個洞穴的工作。“不僅因?yàn)檫@樣做能節(jié)省成本，”陳說，“而且它還能有助于保護(hù)洞穴內(nèi)部。因?yàn)槿四芎舫鲋率苟囱ㄖ饾u退化的二氧化碳，呆在洞穴中就等于在破壞它…因此你可以看到，減少工作人員在洞穴內(nèi)的工作時間對于保護(hù)它是非常有幫助的。”

數(shù)據(jù)收集和掃描圖像的寄存都是通過FARO軟件來完成的，同時也使用了Bentley Cloudworks。戴世達(dá)公司的員工用了2個月的時間與館長共同工作，為他們展示向AutoCAD中導(dǎo)入的模型并對其進(jìn)行處理。陳說他的員工還在不斷地學(xué)習(xí)；“他們幫助我們?nèi)绾螐乃囆g(shù)的角度來看待問題，并向我們展示如何讓模型看起來更生動。”

研究院對于掃描數(shù)據(jù)的成果充滿信心。一開始，所運(yùn)用的是簡單的報告和其它測繪，但是逐漸地他們希望建立一種可以在影院環(huán)境中展示虛擬洞穴的真實(shí)效果，也許還能在其它國家進(jìn)行巡展。這樣的話，如今的前沿科技將有助于保存古代的宗教場所，使大家能一起分享這一古代圣所。

用新技術(shù)發(fā)展新工作
陳說在中國，他用了他在芝加哥公司開發(fā)的模式，因此他了解到完成此項(xiàng)工作要比獲得該項(xiàng)工作要相對容易一些。他的公司能獲得滄州鐵獅的項(xiàng)目是由于他們和文化遺產(chǎn)協(xié)會之前有過合作，并與協(xié)會建立了良好的關(guān)系。至于莫高窟項(xiàng)目，陳則會到研究院，在莫高窟實(shí)施試點(diǎn)工程并對客戶進(jìn)行培訓(xùn)，以此培養(yǎng)雙方的信心。

因此我們可以看到良好的市場推廣和了解新技術(shù)的可能性都非常重要。通過將全新的測量技術(shù)、專業(yè)人員、持續(xù)熟練的市場推廣能力結(jié)合在一起，戴世達(dá)集團(tuán)已經(jīng)能夠應(yīng)用新的能力為新的市場提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。