一、引言

随着文化遗产保护意识的提高，对于文物古建筑的保护也越来越受到重视。在文物古建筑的保护过程中，如何准确地记录和保存其历史信息和建筑结构信息是至关重要的。而在这一领域中，倾斜摄影技术的应用不断发展，并且取得了许多成功的应用案例。本文旨在以对成都市武侯区望江楼崇丽阁倾斜摄影工作为案例，探讨倾斜摄影技术在文物古建筑三维建筑中的应用。

二、倾斜摄影技术的概念和原理

倾斜摄影技术是一种通过飞行器、卫星等特定设备获取大范围地表影像的技术，该技术可以获取高精度的地表影像，实现对地表特定区域的高分辨率三维重建。在倾斜摄影技术中，相机的安装角度和高度是非常重要的参数，需要根据实际拍摄对象进行调整。倾斜摄影技术的原理是通过相机拍摄不同角度的影像，然后根据影像间的差异性，通过图像匹配、立体配准等算法实现三维建模。

三、文物古建筑三维建模技术的发展和应用现状

文物古建筑三维建模技术的发展，一直是一个与时俱进的过程。随着计算机技术的不断发展和计算机图形学领域的不断深入，三维建模技术也得到了快速发展。在文物古建筑三维建模领域中，该技术也得到了广泛应用。三维建模技术可以通过建模和渲染等方法，实现对文物古建筑的展示和保护。同时，三维建模技术在文物保护和古建筑重建中也得到了广泛应用。三维建模可以通过各种手段，包括激光扫描、摄影测量、倾斜摄影等技术，获得高精度的三维模型。其中，倾斜摄影技术以其快速、高效、低成本的特点成为文物古建筑三维建模中不可或缺的一种手段。然而基于倾斜摄影测量技术在构建文物古建筑三维模型过程中，仍存在较多问题，如利用单镜头航摄仪获取古建筑影像数据时往往无法获取如屋檐下、穹顶下、转角处等需要水平向上角度的纹理数据，导致古建筑部分结构三维模型混乱、纹理模糊等。因此，需要在倾斜摄影获取文物古建筑初始模型的基础上，再采用贴近摄影测量的方式，获取古建筑屋檐下等隐蔽处的纹理数据，从而实现高精度、高还原度的文物古建筑三维建模。

崇丽阁又称望江楼，位于成都市武侯区望江路30号望江楼公园内,距锦江西岸10米。崇丽阁,始建于清代光绪十二年(1886年),建成于光绪十五年(1889年),其名取自晋代大文学家左思《蜀都赋》“既丽且崇,实号成都”中“崇、丽”二字.百年来，崇丽阁以雄浑华丽而着称,成为成都的标志性建筑。             

该楼为全木穿榫结构, 石砌基座，总高27.9米,上下共四层,一二层四方四角,三四层八方八角。占地面积166平方米，楼台长宽各14.6米，楼底层平面长宽各6.1米。斗拱彩绘,鎏金宝顶,底层阁廊宽敞,每方皆有四柱,四周为石栏，阁内有梯,可通顶楼,基座圆柱上刻有清代戏曲.上面两层为八角形,下面两层为四角形，每层屋面均铺设玻璃瓦，光彩华贵。在四角转为八角的交接处,处理得浑然一体，自上而下，层层内收，结构精巧，阁内二楼独悬一上联:“望江楼,望江流,望江楼上望江流,江流千古,江楼千古”。底层挂有清末四川江津才子钟云舫撰写的长联。崇丽阁为研究中国古代建筑史特别是清代楼阁建筑提供了宝贵的实物资料，为望江楼公园文物建筑最主要建筑，具有十分重要的文物价值。

3.1 倾斜摄影技术

倾斜摄影通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、前视、左视、右视与后视共5个不同的角度采集影像^[1]。倾斜摄影航线按照摄影分区走向直线方法敷设，平行于摄影分区边界线的首末航线需确保镜头能获取测区及外扩区域的有效影像，倾斜摄影航线航线布设如图1所示。

图1 倾斜摄影五向飞行航线布设示意图

文物古建筑三维建模的精细度要求较高，为了使三维模型效果更加真实、精细，航空摄影时，除了常规倾斜摄影外，还需要进行贴近摄影测量，设计竖直与环形交叉航线，使用无人机全方位获取古建筑航空影像数据^【2】。

3.1.1 贴近摄影竖直航线设计

竖直航线设计主要是获取古建筑竖直方向上的近景航空影像数据，分别获取每栋建筑的东、南、西、北、东北、西北、西南、东南等8个方向的竖直航空影像数据^[3]。竖直飞行航线设计如图2所示。

图2 贴近摄影竖直航线设计示意图

3.1.2 贴近摄影环形航线设计

环形航线设计以被摄的文物古建筑物为中心，使无人机以环形贴近绕飞方式获取建筑物航空影像资料，按不同高度设置环状航路。立体360度获取建筑影像数据，与垂直摄影形成十字网状结构，环形航线如图3所示。

图3 贴近摄影环形航线设计示意图

3.2 纹理映射技术

纹理映射是指将高分辨率的彩色或灰度图像贴到三维模型的表面上，以增强视觉效果和真实感。在文物古建筑的三维建模中，纹理映射技术是非常重要的一环，因为它可以使得建筑物在视觉上更加逼真，同时可以为建筑物的历史文化研究提供更多的信息。纹理映射技术的基本原理是将图片贴到三维建模的表面上，需要注意的是图片的像素数目要足够大，以保证渲染出的效果足够细致。

纹理映射技术的应用可以帮助人们更好地了解文物古建筑的历史和文化，同时也可以提高建筑的艺术价值。纹理映射技术的主要应用包括：对文物古建筑的颜色、形状、纹理等进行真实的模拟；对建筑物表面的细节进行处理，使得建筑物更加逼真；为文物古建筑的保存和修复提供可靠的依据。

3.3 建筑物表面重建技术

建筑物表面重建技术是指根据已有的文物古建筑的数据，利用计算机软件重建建筑物的三维模型。在文物古建筑的三维建模中，建筑物表面重建技术是非常重要的一环，因为它可以使得建筑物的模型更加准确，同时也可以为文物古建筑的保存和修复提供可靠的依据。

建筑物表面重建技术的主要应用包括：对文物古建筑进行三维数字化重建；对文物古建筑进行复原，以还原其历史形态；对文物古建筑进行数字化保存，以实现数字文物博物馆的建设；对文物古建筑进行文化遗产的保护和修复。建筑物表面重建技术的发展，可以提高文物古建筑数字化建模的精度和效率，为文物古建筑的保护和研究提供更好的支持。

3.4 数据处理与建模

3.4.1 数据预处理

在倾斜摄影的图像采集过程中，由于拍摄位置与光源位置的不同，同一物体在不同图像中的投影角度和光照情况都可能存在差异，因此需要对采集到的图像进行预处理，以消除光照和投影角度差异对建模的影响，保证建模的精度和稳定性。典型的预处理步骤包括影像去畸变、影像配准、影像融合等。

影像去畸变是指消除采集过程中光学镜头引起的畸变，保证图像中的线性和角度的精度和稳定性。影像配准是将多个视角下采集的图像进行配准，将其投影到同一坐标系中，以消除由于视角变化带来的尺度和位置变化，保证建模的一致性和完整性。影像融合是将配准后的多个视角下的图像进行融合，生成一幅光照均匀、清晰度高、细节丰富的全景图像，以便于后续的建模处理。

3.4.2 数据建模

在数据预处理完成后，可以开始进行数据建模。数据建模的目标是通过对采集到的影像数据进行处理和分析，生成文物古建筑的三维模型。数据建模的过程中，通常需要使用一些特定的软件，如Photoscan、MVS、Autodesk等。建模的具体步骤包括点云生成、表面重建、纹理映射、光照模拟等。

点云生成是指将预处理后的影像数据转化为一个三维点云模型。点云模型是由大量离散的三维点组成的，每个点代表文物古建筑表面的一个采样点。点云生成的关键是将从不同视角下采集到的影像数据进行配准，得到一个整体的、无缝的点云模型。

表面重建是指在点云模型的基础上，通过一系列算法和技术，将点云模型转化为一个具有表面形态信息的三维模型。表面重建的算法包括立体视觉算法、多视图立体重建算法、基于光栅的三角剖分算法等。在建模的过程中，需要根据文物古建筑的特点和需要，选用合适的算法进行表面重建，以保证建模的精度和稳定性。

纹理映射是指将高分辨率的彩色纹理映射到低分辨率的模型表面上，这一步可以通过多种软件完成，例如Photoshop、PixPlant、CrazyBump等。纹理映射的目的是为了增加模型表面的细节和真实感。在文物古建筑三维建模中，纹理映射是一个非常重要的步骤。通常情况下，我们会通过拍摄文物古建筑的照片，然后使用特定的软件将这些照片映射到模型表面上，从而增加模型的真实感和细节。

与纹理映射相伴随的是贴图技术。贴图是指将2D图像应用到3D模型表面上的过程。在文物古建筑三维建模中，贴图技术可以用来增加建筑物表面的纹理、颜色和其他细节。一般而言，一个建筑物的贴图需要包含以下几个部分：漫反射贴图、法线贴图、置换贴图和高光贴图等。漫反射贴图是指建筑物表面的基础颜色和纹理，法线贴图用来增加建筑物表面的细节，置换贴图则可以将表面凹凸不平的效果应用到模型上，而高光贴图则用来控制表面的高光亮度和反射程度。

除了纹理映射和贴图技术，还有一种非常重要的技术在文物古建筑三维建模中也被广泛应用，那就是光照模拟。光照模拟是指通过计算光线在建筑物表面的反射和折射来模拟光照的过程。在文物古建筑三维建模中，光照模拟可以用来控制建筑物表面的亮度、阴影和反射等效果，从而增加模型的真实感和艺术效果。在光照模拟中，光源和光线的选择非常重要，需要考虑到建筑物的形状、大小和位置，以及光线的角度、颜色和强度等因素。

四、结论

综上所述，倾斜摄影技术在文物古建筑三维建模中的应用是非常广泛的。借助倾斜摄影技术，可以快速准确地获取建筑物的三维数据，并且可以利用这些数据进行精细的纹理映射，使得重建的三维模型更加逼真。对于文物古建筑的保护与修复，这一技术的应用也具有重要意义。传统的文物修复工作需要进行大量的手工测量和记录，难以保证精度和效率，而倾斜摄影技术能够在较短时间内获取高精度的三维数据，为文物保护和修复提供了更为可靠的数据支持。此外，在文物的数字化展示方面，倾斜摄影技术也能够为文物数字化呈现提供高质量的三维模型，为人们深入了解文物提供更加直观、真实的方式。

参考文献：

[1] 王亮,刘鹏,贾旭斌 倾斜摄影技术在农村房屋权籍调查测量中的应用[J],建筑工程技术与设计, 2018(33):642

[2] 孙运豪,高洪,胡朵朵,黄文丽,袁濛茜 无人机倾斜摄影在文物修复中的应用[J], 北京测绘，2017(5): 92-95，108

[3] 梁亭亭 试析无人机摄影技术在古建筑保护中的应用, 建筑工程技术与设计[J], 2018(14): 161