一、创意来源及研究背景

中国古代建筑不仅是我国古代劳动人民的伟大创造和聪明智慧的结晶，同时也是研 究我国古代历史、文化、艺术和科学技术发展的极其重要的实物资料。但是，如何解决 开发与保护的矛盾一直以来是古建筑保护领域的重大问题之一。  

保护与开发的主要矛盾表现在：一方面，因为古建筑具有独特的科学价值、文化价 值、人文价值，我们要以开放的姿态迎接八方来客，展示文化魅力，开发旅游产业，服 务科学研究和国名经济发展。另一方面，为了避免和减少风雨侵蚀、旅游观光等对古建 筑的影响，必须要进行封闭的修缮和保护。

 由于风雨侵蚀等自然因素和旅游开发等人为因素的影响，这些年代久远的历史文化 遗产随着岁月的流逝正经受着相当程度的损害，必须对其进行相对封闭的管理和修缮， 以减少自然因素特别是人为因素对已经残损的珍贵遗迹和文物的进一步损坏。另一方 面，要在世界范围内传播并提升这些古建筑所蕴涵的文化旅游价值，又必须以开放的姿 态迎接慕名而来的国内外大量游客，实施开放式、交互式的展示。

在现代社会经济发展中，许多城市文物必须拆除、整体搬迁、或异地复原，在拆除、 整体搬迁之前必须保存原文物的详细三维数据，以便原样复原。以往对古建筑保护的一 般形式是存档保护。主要利用图、表、文字、影像等进行存档。图、表、文字等方法不 仅数据量大、而且不易反映古建筑的真实效果，比较抽象。利用影像(如照片、影片等) 存档，虽然形象直观，在一定程度上提高了展示效果，但无法得到精确的物理数据和结 构关系，很难进行精确保护和科学研究，也不利于重建、仿建及复原工作的开展。 随着现代信息技术的不断发展，新技术手段不断出现，而如何把这些新技术用于古 代建筑的开发与保护成为重要的研究课题。我的导师周明全教授多年来一直致力于文物 保护和复原数字化方面的研究，并作了大量基础研究工作，他负责主持的国家自然科学 “形状匹配技术与计算机辅助文物复原研究”和国家“863’’计划项 目“计算机辅助的文物复原系统"，采用形状拼接与匹配技术，通过三维 输入实现文物碎片的数字化，根据文物复原的拼接特性，研究了三维模型轮廓线的提取、 特征点的检测、定位与匹配等技术方法。该研究为文物的复原、修复和仿制提供科学依 据，开辟了计算机辅助文物复原的新领域。“传统的文物修复，依靠文物专家的实践经 验，面对成堆的陶器、陶俑、青铜器、玉器等文物碎片，通过反复观察、挑选，以找出 拼合的规律和相互联系，这一过程不但复杂、枯燥，而且易产生错误并易损坏文物。“计 算机辅助文物修复系统"实现了对破碎文物的自动匹配、三维复原，加快了文物复原速 度，避免了修复过程对文物的损害，填补了计算机辅助三维实体文物复原技术的空白’’。 周明全教授主持的国家863项目“三维模型智能处理与检索平台"，在三维形状信息的处理、分析、理解及三维形状的匹配技术、三 维解析模型和体素模型的造型技术等方面，目前已取得了离散外形信息的滤波、特征提 取、简化、分类、曲面重建等成果。

二、技术支撑 

1、 三维激光扫描技术具有如下的特点：

 (1)非接触性。不需要接触目标，即可快速确定目标点的三维信息，解决了危 险目标的测量、不宜接触目标的测量和人员无法达到目标的测量等问题。

 (2)快速性。激光扫描的方式能够快速获得大面积目标的空间信息，对于需要 快速完成的测量工作尤其重要。

 (3)数据采集的高密度性。可以按照用户的设定采样间隔对物体进行扫描，这 样对那些先前用传统的测绘方法无法进行的测绘就变的比较方便，比如雕塑和贵 重文物及工艺品的测绘。

 (4)穿透性。改变激光束的波长，激光可以穿透某些特殊的物质，比如水、玻 璃和稀疏的植被等，这样可以透过玻璃、穿透水面、穿过植被进行扫描。

 (5)主动性。主动发射光源，不需要外部光线，接收器通过探测自身发射出的 光经反射后的光线，这样，扫描不受时间和空间的限制。

 (6)全数字化。三维扫描仪得到的“点云’’图为包含采集点的三维坐标和颜色 属性的数字文件，便于移植到其它系统处理和使用，如可以作为GIS的基础资 料。

2、 超景深显微镜、

一、快速真实的观测

　　实现光学显微系统的 20 倍以上的景深。即使是用显微系统无法对准焦点的凹凸的大目标物也可正确地观察。另外，还可大幅度削减对焦的观察工时。

　　二、超高分辨率观测

　　像素平移方式能够提供超高分辨率的图像，并具备优良的色彩再现；利用装载 Actuator 的像素平移方式，实现了镜头体积小巧且画质超高精细的观察 （最高 5400万像素的）。无波动的逐行扫描方式使屏幕显示接近目视观察，实现超强的色彩再现能力；在 1800 万像素 X 3CCD 模式下，同时实现了卓越的颜色再现性和超高精细的图像。

　　三、现场保存图像

　　超景深显微镜将数据保存到大容量 HDD 上，并使用独创的高速文件管理系统管理数据；使用内置大容量 160GB HDD；即可在现场轻松记录观测图像。我们独创的高速文件管理系统确保了对大容量图像的轻松处理。文件名，标题，组织名，所使用的镜头和倍率以及注释均可寄存，用以快速搜索图像。

x射线荧光分析仪、

1、在测定微量成分时，由于X射线管的连续X射线所产生的散射线会产生较大的背景，致使目标峰的观测比较困难。为了降低或消除背景和特征谱线等的散射X射线对高灵敏度分析的影响，此荧光分析仪配置了4种可自动切换的滤光片，有效地降低了背景和散射X射线的干扰，调整出最具感度的辐射，进一步提高了S/N的比值，从而可以进行更高灵敏度的微量分析。

2、X射线管的连续X射线所产生的散射线会产生较大的背景，软件可自动过滤背景对分析结果的干扰，

从而能确保对任何塑料样品的进行快速准确的分析。

3、当某些元素的电子由高等级向低等级越迁时释放的能量相近，会使此时谱图的波峰重叠在一起，由

此产生了重叠峰。SCIENSCOPE自行开发的软件自动剥离重叠峰，确保了元素分析的正确性。

4、逃逸峰：由于采用的是Si针半导体探测器，因此当X射线荧光在通过探测器的时候，如果某种元素

的含量较高或者能量较高，其被Si吸收的概率也就越大。此时，光谱图中在该元素的能量

值减去Si能量值的地方回产生一个峰，此峰即为逃逸峰。

5、在电压不稳的情况下，可对扫描谱图的漂移进行自动追踪补偿。

4、x射线衍射仪

1） 高稳定度X射线源　提供测量所需的X射线, 改变X射线管阳极靶材质可改变X射线的波长, 调节阳极电压可控制X射线源的强度。

（2） 样品及样品位置取向的调整机构系统　样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。

（3） 射线检测器　检测衍射强度或同时检测衍射方向, 通过仪器测量记录系统或计算机处理系统可以得到多晶衍射图谱数据。

（4） 衍射图的处理分析系统　现代X射线衍射仪都附带安装有专用衍射图处理分析软件的计算机系统, 它们的特点是自动化和智能化。

三、市场分析

(1)利用现代信息技术，收集整理相关数据，统一管理在三维模型下，为古建筑、 遗迹等文物的修缮和复原工作提供精细的、准确的、工程化的基础数据：对于一些珍贵 的古建筑，由于年代久远面临着风化，损毁，受潮变形等危险，为了使这些文化遗产的 保护做到万无一失，必须从最坏处着想，即万一天灾人祸将文物建筑彻底损坏，我们有 足够的资料依据将其复原。古建筑的保护、维修首先需要较为完整的基础资料，而准确、 真实的图像资料是其中非常重要的环节。又由于图纸的准确性和可测量性等特点，我们把文物建筑的测绘制档作为纪录文物建筑现态的最重要的手段。以往图像资料的收集大 多采用传统测绘、照相、录像等综合性手段，这不仅需要较多的人力投入，图像的整体 性、准确性，因受多种因素的影响，也存在一定的局限。通过建立古建筑的三维模型， 不仅可实现古建筑高精度的数字化保存，进而借助三维空间测量技术为珍贵古建筑、遗 迹等文物的修缮和复原工作提供更加准确的工程数据。

 (2)可以更好地处理开发与保护的矛盾关系：数字化的三维建筑模型，可以方便 地用于研究、传播这些建筑的价值，而减少对实物的人为损伤。数字化的三维建筑模型 与虚拟现实技术结合，还可以用于旅游开发，进行虚拟展示，拓展旅游产业的经济效益。 在减少人们对实物接触的同时，增加人们对细节的了解。 精美的古典建筑一直是人们 旅游参观的热点。对古建筑内部结构特征的三维数字化，使人们即便不能亲身经历也能 够真实的通过现代的计算机技术将这些精美建筑快速、准确的展现在眼前，甚至可以结 合听觉，触觉，以及形体，手势或口令，参与到这个计算机所生成的模型环境中去，以 便更真实，更具体，更有目的的获取信息，处理信息，传播信息。不仅可以从不同角度 满足人们欣赏古建筑整体特征的渴望，又可以减少参观者对古建筑内部的直接接触。同 时，整体三维特征的数字化，又能克服地域限制，极大地拓展古建筑在世界范围内的影 响力。

 (3)精确的三维数字化模型可以替代实物，用于文物价值的研究：理想的三维古 建筑数字化模型，几乎包含了所有相关信息。如工程数据、材料数据、工艺数据等，而 这些数据是进行文物研究的基础，可以供研究人员研究当时的政治、经济、军事、文化、 社会生活等等方面的发展水平。精确的三维数字化模型中包含实物最准确的基础数据， 研究人员不再根据需要反复接触实物，从而达到对古建筑保护的目的。同时，虚拟地复 原建筑遗迹的原始面貌，动态模拟其由古至今的演变过程，为考古研究和旅游参观提供 更为生动的信息表达方式。