中国的民族建筑在世界建筑中独树一帜，有极高的艺术成就和科学价值。运用现代测绘与信息技术，即3S技术和三维激光扫描技术，建立少数民族传统建筑三维数据与信息库，其中对原始数据的采集与信息加工方法、海量空间数据与图形的存储与分析、三维数据建模与可视化技术进行了研究。所建立的民族建筑基础数据库可为中国少数民族传统建筑的研究和保护工作提供技术支持。

　　加之各民族分处异地，要了解中国古代建筑的全貌颇为困难。因此，民族建筑是颇为值得研究的课题。”其历史和文化价值十分珍贵。但是随着城市化和村镇建设步伐的加快，很多少数民族建筑遭到了破坏乃至拆除。如何有效地保护我国现存的少数民族传统建筑，让这些民族建筑的瑰宝在经历过历史长河冲刷后的今天，仍然能焕发出绚丽的光彩，是当前一项很重要的任务和课题。

　　民族建筑与文化遗产的保护，无不需要有科学的记录档案作为基础。一套完备的民族建筑科学记录档案，应由文字记录和图形图像资料两个部分组成。为获取这些资料，传统的方法是通过查阅文献资料、调查访问、测量与绘图、摄影与摄像等多项实地勘察工作来综合完成。随着科学技术的不断进步，现代数字化测绘技术的迅猛发展为传统民族建筑保护工作提供了一个全部的解决方案。三维激光扫描技术以其快速、准确、安全和远离目标的无接触测量等特点为民族建筑数字化工作提供了可靠的技术支持。

　　1 民族建筑数字化的方法与内容

　　民族建筑数字化其主要工作是利用现代仪器与数字化方法，结合计算机信息技术、网络技术和数据库技术将中国各民族的典型建筑和具有纪念意义的古建筑按照一定的方式和方法进行数字化，以便于存储、分析、研究和保护。其方法主要有人工量测绘制方法、全站仪测绘方法、近景摄影测量方法、实景照片数字化方法、三维激光扫描测绘方法和对已有图纸扫描数字化的方法。数字化的内容包括：民族建筑群落的位置、周边环境、地形、地物，包括院墙、牌坊、廊庑、碑刻等；各单体建构)筑物外形尺寸、细部构造、纹理等；建筑物各层平面布置、门窗及室内外结构的衔接关系等；各层面之间的构造关系，包括正立面、侧立面、背立面、纵剖面、横剖面等；与民族建筑有关的所有图纸资料和文字记载。

　　2 三维激光扫描数字化技术

　　三维激光扫描测绘方法可以快速准确地记录建筑群、建筑单体和细部构造的三维空间坐标点，获得包含空间点的三维坐标和彩色与纹理属性的点云数据¨，基于点云数据，匹配高清晰照片和局部细扫及量测数据，在点云数据后处理软件上如：real work)可以进行后期的加工处理、量测和建模，以便获得所需要的二维线画图。将三维点云转化成二维线画图有下述几个途径：一是直接量测点云模型上建筑物的特征尺寸和相关数据，在计算机上按照传统古建筑测绘的方法绘制成图；二是截取部分点云形成点云切片，经投影去噪拟合后形成二维线画图；三是将建筑物的某个投影面制作成正射投影点云图，导人到CAD后绘制成平面图。对于特殊形体的建筑物或建筑附属物及古文物等可以用等值线图来体现。

　　三维激光扫描数字化的作业步骤如下：

　　（1）踏勘现场。踏勘现场的目的是为了对测绘现场进行深入的考察，以确定扫描和数字化的内容，进而制定数字化作业方案。包括测站点的位置、通视条件、连测方法、公共点特征、详细扫描和粗略扫描的部位及构件特点等。

　　（2）测站控制测量。控制测量的目的是获得扫描仪测站点和定向点的坐标，以便将不同测站数据拼接在统一的坐标系中，一般以精密导线测量形式布设。对分布较远、分散的测绘目标或偏远地区，可采用GPS全球定位系统测定控制点的坐标。

　　（3）三维激光扫描测绘。扫描的外业操作，一般视被扫描目标的大小尺寸、形状位置和被遮挡情况及点云的拼接要求，分为导线连接测量方式和自由架站测量方式。

　　导线测量方式是在已建立的导线点上用三维激光扫描仪精确对中和后视定向后对目标进行扫描测绘，使不同测站获得的三维点云数据统一在同一坐标系中。用Trimble Gx测量型激光扫描仪可以直接按导线测量方式进行扫描测量，扫描点云数据由扫描软件PointScape自动拼接。扫描过程中视其扫描对象和要求，预先设定扫描范围和扫描点云的精度和密度。为获得总平面图和建筑物的外廓尺寸的大范围扫描，可以适当减少扫描点密度，以便减少扫描作业时间和点云数据量，因为点云数据量过大可使计算机处理速度减慢，甚至瘫痪。根据扫描目标和范围的大小可以分块进行扫描，对于某些需要细部表现的部位可以采用粗扫加精扫叠加的方式。适当的点云密度和扫描质量可以粗略确定。Q为获得点云的信度，m为点云的间隔，为目标表面需要区分的最小特征尺寸。例如，当用1mm的点密度记录特征尺寸为5mm的目标时，计算可得Q=0.8，表明目标上细部被区分的信度为80％。此时所进行的扫描测量可以满足精度要求。

　　自由架站测量方式是在任意选定的测站位置进行的扫描测绘。其特点是不需要对扫描仪进行对中甚至无需整平，即仪器可以在非水平状态下进行扫描作业。此时，要求相邻测站的扫描目标需要有一定量的重叠度或至少有3个不在同一直线上的点作为公共点；对于仪器水平状态扫描时，则至少有2个点作为公共点。公共点可以是点云模型中的自然点，也可用平面形标靶和球形标靶。

　　采用点云模型中的公共点进行不同测站点云的拼接时需要靠人工判断其对应点的匹配关系，且拼接精度相对较低。用仪器自带的特制平面形标靶和球形标靶作为公共点，扫描仪扫描后会自动计算出标靶的几何中心，并作为目标点进行点云拼接，拼接精度相对要好。

　　（4）局部量测和实景拍摄。局部量测和实景拍摄是对扫描数据的补充。对室内局部位置、隐蔽部位、扫描角度过小或仰角过大的地方，可采用便携式扫描仪进行扫描测绘或采用手持光电测距仪测量特征点的具体尺寸，将其作为点云数据的补充数据，以便于进行数据的后处理、加工和建模。用高像素的数码相机进行实景拍摄，可作为数据建模的参照依据，也可作为对点云数据进行色彩和纹理匹配的图库资源。同时用硬盘摄像机对扫描现场和目标进行摄像以记录扫描过程和扫描场景。

　　（5）历史资料收集。在进行现场数据采集的同时，还要收集与民族建筑有关的历史资料，包括建筑年代、维修记录、缺损情况、历史资料、民间故事与传说、风土人情、民族特色与宗教信仰等。经过后期数据加工，最后形成完整的民族建筑数字化信息库。

　　3 民族建筑数字化信息库建设

　　民族建筑数字化工作，需要处理大量的数据与信息，这些数据和信息包括实测的点云数据、构建的模型数据、各种建筑结构和构造及图形的属性数据、图片数据、影像数据、遥感图象数据、音乐、民歌、文字说明等，其数据量大，形式多样。基于GIS和激光扫描技术的民族建筑数字化信息库是以GIS地理信息系统为集成开发平台，结合具有真实场景与尺寸的虚拟现实技术、3D建模技术、多媒体集成技术以及网络环境设计开发而成。民族建筑数字化信息库具有多源数据管理和查寻功能，设置有安全的网络管理权限，以便对原始数据进行保护。在设定权限的范围内，可对数据进行追加、提取、分析、修改和完善。民族建筑数字化档案库的建立，为民族建筑的研究、保护、修复、重建、鉴别、仿真提供了科学的技术支持。例如，通过数据模型的展示和虚拟场景漫游，可进行民族建筑单体、群体格局的研究；可进行空间数据分析，包括环境构成分析、结构性能分析、易损性与减灾防灾性能分析；可对历史与民族建筑要素进行比较、对建筑营造法形式进行专业分析，如比对已有的历史数据，分析其逐渐老化和损坏趋势，模拟破损发展过程，为建立民族建筑修复评估体系提供技术支持等。

　　4 结语

　　中国民族建筑保护工作任重而道远。民族建筑数字化工作为民族建筑的保护和研究提供了一套科学有效的方法。采用现代测绘技术包括全球定位系统、RS遥感信息系统和GIS地理信息系统及三维激光扫描技术对中国少数民族传统建筑进行扫描数字化，建立中国少数民族传统建筑数据与信息库，对于传承民族文化、保护民族建筑都有着十分重要的意义。