古建筑数据化处理的辅助工具的制作方法

1.本发明涉及基建测绘技术领域，尤其涉及古建筑数据化处理的辅助工具。


背景技术：

2.古建筑是指与历史相关的古建筑，是我国重要的历史文化遗产，目前，对于古建筑遗址保护不足，主要表现为，重点古建筑缺乏精细化的建筑数据；小型古建筑因年久失修无人修缮早已毁坏；地震等不可抗因素导致古建筑遭受破坏；部分居民缺乏古建筑遗址保护意识等。
3.而在进行历史教育的过程中，缺乏有趣味性的内容，因此，需要将古建筑数据化处理，结合bim等建模技术，得到古建筑模型，进而通过vr技术进行展现，提高教学趣味性，增强大众的记忆。
4.对古建筑数据化处理主要包括以下步骤：对所述目标建筑模型进行轻量化处理，得到所述目标建筑模型的几何数据集合和建筑数据集合；从所述几何数据集合中确定所述目标建筑模型的每一构件组对应几何数据子集合，得到多个几何数据子集合；从所述建筑数据集合中确定所述目标建筑模型的每一构件组对应的建筑数据子集合，得到多个建筑数据子集合；基于所述几何数据集合和所述多个几何数据子集合构建所述目标建筑模型的处理后建筑模型，并基于所述建筑数据集合和所述多个建筑数据子集合生成所述处理后建筑模型的属性信息；向所述终端发送所述处理后建筑模型，以使所述终端对所述处理后建筑模型进行展示。
5.在数据采集的过程中使用激光测距仪、云点扫描仪、摄像机等工具，其中云点扫描仪使用辅助工具进行地面检测，还通过无人机进行高空检测，为建模提供丰富的数据来源。
6.常用的辅助工具为三脚架，包括三个支腿、升降柱，在升降柱上端安装云台，方便使用，三个支腿通常为伸缩支腿，进而方便调整底座宽度，以及调整整体高度，云台还安装有角度调整装置，进而方便调整角度，适合在较理想的环境下使用，而古建筑常分布于远离城市处，部分古建筑因年久失修，路面状态差，且不易到达，因此，需要一种方便携带、结构简单、重量轻、适应能力强的辅助工具。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种方便携带、结构简单、重量轻、适应能力强的古建筑数据化处理的辅助工具。
8.本发明是通过以下技术方案实现的：一种古建筑数据化处理的辅助工具，包括支撑柱，所述支撑柱上端设置有升降支撑平台，所述支撑柱下端设置有升降支撑装置，所述升降支撑平台包括上升降座，所述上升降座上设置有伸缩式扫描仪支撑架；所述升降支撑装置包括下升降座，所述下升降座上设置有伸缩式支腿。
9.进一步地，所述上升降座包括套装在支撑柱上端的上升降套，所述上升降套与支撑柱之间设置有上升降定位装置，所述上升降套上端设置有伸缩式扫描仪支撑架。
10.进一步地，所述伸缩式扫描仪支撑架包括设置在上升降套上端的上支撑座，所述上支撑座上设置有用于固定扫描仪的固定杆组件。
11.进一步地，所述上支撑座包括设置在上升降套上端的上支撑环，所述上支撑环与上升降套之间设置有用于支撑固定杆组件的上支撑组件。
12.进一步地，所述固定杆组件包括3-8根固定杆，所述上支撑组件包括用于插装固定杆的插槽，所述上升降定位装置包括设置在固定杆下端的定位销，所述上升降套上设置有与定位销相配合的定位孔，所述支撑柱沿长度方向设置有与定位孔相配合的定位槽，所述定位销能够穿过定位孔插入定位槽。
13.进一步地，所述固定杆上端设置有向外的延长杆，所述延长杆的悬空端设置有向上的限位杆，各限位杆之间形成扫描仪放置架。
14.进一步地，所述上支撑环与定位孔之间的上升降套上还设置有上辅助环，所述上辅助环与上升降套之间设置有用于对固定杆进行限位的固定杆限位槽。
15.本发明的有益效果在于：古建筑数据化处理的辅助工具，包括支撑柱，支撑柱上端设置有升降支撑平台，支撑柱下端设置有升降支撑装置，升降支撑平台包括上升降座，上升降座上设置有伸缩式扫描仪支撑架；升降支撑装置包括下升降座，下升降座上设置有伸缩式支腿，支撑柱上端安装升降支撑平台，升降支撑平台上安装伸缩式扫描仪支撑架，方便调整体积，以及方便适应不同型号的扫描仪，设置伸缩式支腿，能够方便适应不同的地面环境，还方便调整体积，方便携带，通过升降支撑平台、升降支撑装置，能够调整辅助工具的整体长度及外径，方便携带。
附图说明
16.图1为辅助工具工作状态结构示意图；图2为辅助工具收起状态下主视示意图；图3为上升降座结构示意图；图4为上升降座俯视示意图；图5为上升降座工状态下主视局部剖面示意图；图6为上升降座收起状态下主视局部剖面示意图；图7为图6中a出局部放大图；图8为限位杆结构示意图；图9为挡销结构示意图；图10为脚针结构示意图；图11为定位销结构示意图。
17.其中：101-支撑柱，102-阻挡环，103-绳套，104-导向套二，；201-上升降套，202-上支撑环，203-支撑杆一，204-上辅助环，205-固定杆一，206-定位孔一，207-海绵座一，208-支撑杆二，209-安装环，210-卡槽，211-挡销，212-定位销，213-延长杆，214-限位杆，215-连接孔，216-压帽，217-容纳槽，218-螺柱，219-缓冲垫，220-螺帽，221-连接块，222-椎体，223-通孔；301-下升降套，302-下支撑环，303-支撑杆三，304-下辅助环，305-固定杆二，306-定位孔二，307-海绵座二，308-支撑杆四。
具体实施方式
18.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例1如图1-11所示，一种古建筑数据化处理的辅助工具，包括支撑柱101，支撑柱选用钢管或者碳纤维管，外径为30mm、长度为1000mm，重量轻，结构强度高，支撑柱上端安装有升降支撑平台，支撑柱下端安装有升降支撑装置。
21.升降支撑平台包括上升降座，上升降座上安装有伸缩式扫描仪支撑架，具体的，上升降座包括同轴线套装在支撑柱上端的上升降套201，上升降套选用碳纤维管，重量轻，结构强度高，上升降套与支撑柱之间的间隙为1mm，在上升降套下端安装有与支撑柱相配合的导向套一，导向套选用铜套或者尼龙套，具有较好的润滑性能，导向套一与上升降座位置固定，可以通过树脂胶粘结，在支撑柱上端套装有导向套二104，导向套二选用铜套或者尼龙套，导向套二与支撑柱位置固定，可以通过树脂胶粘结，伸缩式扫描仪支撑架包括安装在上升降套上端的上支撑座，上支撑座包括同轴线安装在上升降套上端的上支撑环202，上支撑环为铝合金环，铝合金环的横截面为u型，具有良好的抗弯折性能，铝合金环的厚度为10mm，上支撑环外径160mm，在上升降套上端固定套装有与上支撑环相配合的安装环209，安装环也选用铝合金环，横截面为u形，安装环距上升降套顶面20mm，进而方便连接其它部件，在安装环与上支撑环之间均匀安装有4组支撑杆一203，任一组支撑杆一包括两根相互平行的支撑杆一，本实施例中，支撑杆一由侧立的铝合金条板制成，铝合金条板厚度为3mm，高度为10mm，上支撑环与上升降套之间安装有用于支撑固定杆组件的上支撑组件，上支撑组件包括用于插装固定杆的插槽，两根支撑杆一之间形成插槽，上支撑座上安装有用于固定扫描仪的固定杆组件，固定杆组件包括4根固定杆一205，固定杆一上端延伸至插槽上侧连接有延长杆213，延长杆与固定杆一之间的夹角为150
°
，在延长杆末端安装有向上的限位杆214，限位杆与固定杆一平行，能够保证在转动的过程中延长杆不干涉限位杆，通过延长杆的作用，能够保证四根限位杆之间围成的扫描仪放置架外径最大能够达到400mm，适应不同型号的扫描仪，上升降套与支撑柱之间安装有上升降定位装置，具体的，上升降定位装置包括安装在固定杆一下端的定位销212，本实施例中，固定杆一、延长杆、限位杆均使用铝合金型材制成，横截面均为u形，具有较高的抗变形强度，且整体的重量轻，定位销与固定杆铰接，且定位销能够翻转收纳至固定杆一的凹槽内，定位销为板状，侧立，由不锈钢板制成，具有较高的抗弯强度，上升降套上加工有与定位销相配合的定位孔206，定位孔为竖向的长条孔，与定位销之间间隙配合，支撑柱沿长度方向加工有与多个与定位孔相配合的定位槽，定位销能够穿过定位孔插入定位槽，定位槽通过模压成型，方便制作，各限位杆之间形成扫描仪
放置架，进而方便放置扫描仪，扫描仪选用三维激光扫描仪，能够采集点云数据，进而为建模提供数据基础，上支撑环与定位孔之间的上升降套上还安装有上辅助环204，上辅助环也通过铝合金型材制成，铝合金型材横截面为矩形，开口向内，上辅助环通过套装在上升降套上的安装环二与上升降套固定，上辅助环与上升降套之间安装有用于对固定杆一进行限位的固定杆限位槽，具体是，在安装环二与上支撑环之间均匀安装有4组支撑杆二208，任一组支撑杆二包括两根相互平行的支撑杆二，本实施例中，支撑杆二由侧立的铝合金条板制成，铝合金条板厚度为3mm，高度为10mm，两根支撑杆二之间形成固定杆限位槽，结构简单，工作稳定性高，插槽和固定杆限位槽位置相对。
22.在支撑杆一和支撑杆二上侧面均加工有多个向上的卡槽210，自卡槽内能够安装挡销，在使用时，通过挡销能够支撑固定杆，进而能够调整放置扫描仪放置架的结构，以适应不同型号的扫描仪，以及调整扫描仪的角度，方便控制，卡槽还可以替换为加工在支撑杆一、支撑杆二上的孔，进而插装挡销211，通过孔插装挡销，操作较为麻烦，选用卡槽为优，本实施例中，挡销由圆头螺栓制成，圆头螺栓中间位置套装热缩管，形成弹性层，与卡槽过盈配合卡装，圆头螺栓末端安装圆螺母，在使用时，螺帽220和圆螺母的存在，以及弹性层的存在，防止挡销脱落，在限位杆的内侧安装有与扫描仪相对应的缓冲垫219，缓冲垫选用由pe材料制成，本实施例中，限位杆的两翼向内倾斜，缓冲垫为横截面为梯形的条状，卡装在限位杆内，防止脱离，在限位杆上端还加工有连接孔，通过连接孔215，能够安装穿过缓冲垫的螺栓，进而能够避免缓冲垫脱落、遗失，为减少零件量，可以将圆头螺栓的末端加工成锥状，控制锥度，保证在圆螺母与圆头螺栓连接稳定的同时，圆头螺栓延伸至圆螺母外不多于3mm，避免刺伤操作者。
23.在使用时，将固定杆一自上端向下依次穿过插槽、固定杆限位槽，至定位销与定位孔一位置相对，将定位销插入定位孔内，然后转动固定杆一至合适的位置，在支撑杆一、支撑杆二上分别安装挡销，其中支撑杆二对应的挡销位于外侧，支撑杆一对应的挡销位于内侧，挡销与固定杆之间预留间隙，使固定杆能够轻微转动，向上推动上升降套，至预定的位置，由于延长杆及限位杆的作用，致使定位销收到向内的推理，在上升降套上升的过程中，定位销依次插入定位槽内，停止上升后插入相应的定位槽内，为保证定位销上升顺滑，在定位销内端的上端面加工为斜面，上升降套上升至预定位置后，向下按紧挡销，操作完成，方便操作，由于定位销与两个挡销对固定杆的定位作用，使固定杆位置固定，稳定性高，挡销两端的螺帽和螺母，能够防止插槽、固定杆限位槽变形。
24.在使用后，取下挡销，转动固定杆，使定位销脱离定位槽，上升降套下落，将固定杆及延长杆、限位杆向下移动，限位杆的上端向内靠近上升降套上端，然后在支撑杆二上安装挡销，使固定杆与延长杆的连接处与上升降套贴合，在上升降套上端安装压帽216，压帽边缘形成用于容纳限位杆端部的容纳槽217，进而对限位杆端部进行固定，为方便连接，在压帽中间位置安装有螺柱218，在支撑柱上端加工有与螺柱相配合的螺纹孔，进而还能够固定上升降套与支撑柱之间的位置，本实施例中，上升降套的长度为400mm，拧紧压帽后，压紧支撑杆二上的挡销，拧动圆螺母，使挡销与支撑杆二连接稳定，防止移动的过程中掉落，为防止上升降套向下滑动，在支撑柱中间位置安装有阻挡环102，阻挡环距支撑柱上端距离为400mm。
25.支撑柱下端安装有升降支撑装置，升降支撑装置包括下升降座，下升降座上安装
有伸缩式支腿，具体的，升降支撑装置包括下升降套301、下支撑环302、支撑杆三303、下辅助环304、固定杆二305、定位孔二306、支撑杆四308，为方便制作，升降支撑装置与升降支撑平台呈对撑结构，下升降套对应上升降套，下支撑环对应上支撑环，支撑杆三对应支撑杆一，下辅助环对应上辅助环、固定杆二对应固定杆一，定位孔二对应定位孔一，支撑杆四对应支撑杆二，限位杆形成与地面接触的伸缩式支腿。
26.升降支撑装置在使用时，支撑杆四上的挡销位于内侧，支撑杆三上的挡销位于外侧，支撑杆四上的挡销的圆螺母拧紧，防止脱落，由于古建筑地面部分是泥土地面，升降支撑装置对应的限位杆通过连接孔连接向下的脚针，脚针包括连接块221，连接块能够插入限位杆的凹槽内，连接块的内端为弧形，方便旋转，连接块的外端一体成型椎体222，进而方便插入泥土内，进而固定古建筑数据化处理的辅助工具。
27.本实施例提供的古建筑数据化处理的辅助工具，易损、易遗失件为挡销、定位销、脚针、弹性垫，均为小零件，为方便携带备用件，在上升降套下端套装有海绵座一207，相应的，在下升降套上端套装有海绵座二307，在海绵座一及海绵座二上加工有用于放置挡销、定位销、脚针、弹性垫的凹槽，凹槽尺寸小于相应零件尺寸，形成卡装，海绵座一和海绵座二均选用压缩海绵，保证弹性强度，进而降低零件遗失率。
28.两个阻挡环之间安装有绳套103，方便携带。
29.值得注意的是，本实施例提供的古建筑数据化处理的辅助工具，收缩后长度为1000mm左右，外径为160mm左右，伸开后高度能够达到1800mm左右，外径能够达到400mm左右，进而方便携带，且能够适应多场合的使用，由于支撑柱选用钢管，其余材料均为轻质材料，整体重量在7kg以内，重量轻，方便携带。
30.另外，本实施例提供的古建筑数据化处理的辅助工具，去除固定杆及附件后，拉伸，能够用于制作滑竿或者担架，方便运输伤员或者物资。
31.在对古建筑进行数据化处理的过程中，主要通过以下步骤：一、现场踏勘：通过对建筑物周围环境的实地勘探分别确定特征测绘和精细测绘的有利工作站点，根据建筑特征对重要细节部分初步设立重点测站。
32.测站选择方法：因测绘模型应用场景不同，特制定以下测站选择方法。
33.全面考量完整性，历史性，游览的趣味性后根据以下原则进行测站选择；测站角度：选取拍摄对象的正立面，30度角侧立面及90度角侧立面，以保证建筑的精确空间测绘数据获取;尽量选取开阔地段，保证采光与拍摄效果；测绘人员站位：注意测绘人员及阴影不影响测绘效果。
34.勘察获取高点测站，以斜下正对房屋墙交边角及正墙面45
°‑
60
°
设立高点测站，附近无高点建筑物的，根据天气及其他情况使用无人机、搭建脚手架方式设立测站。
35.二、拍摄与测绘器材、辅助工具选择；拍摄器材应选择适配的相机及三脚架、云台等支承辅助设备，保证照片的稳定性与连贯性；测绘器材注意提前按需求选择并调整好精度与准确度（如特征测绘使用便携式激光测绘仪，点云测绘使用某品牌高精度点云扫描仪，根据实际情况决定是否搭配无人机等），保证最终数据精确度足够支撑中期建模工作。
36.三、测绘人员分组对古建筑单体空间进行测量和拍照；
对建筑物按照建筑特点，综合历史线进行重点拍照与测量，针对复杂部位（如斗拱、檐角、细部雕刻、壁画等）遗迹部位（如弹坑、特殊痕迹等）进行细节存留，并记录其相对空间位置。
37.四、现场记录测绘数据并绘制特征草图；根据复杂度对建筑面采用不同的测绘方式和精度。特征测绘主要选择典型位置进行测量；点云测绘根据需要调整精度，范围根据机器选用从0.001毫米-2毫米不等。可有效提高测绘效率和有效精度。
38.五、根据测绘草图和测绘数据绘制测绘图；三维激光扫描仪布站测量；拼合并整理点云模型；依据点云模型绘制数字化模型；数字化模型导出测绘图纸。
39.建模包括，计算机建模-样本数据处理模块，涉及简单模型、复杂模型两种数据处理，简易模型建模：1)sketch up建模方法；2)确定展示方向和内容；3)对测绘图进行修改和删减；4)根据测绘图纸完成体块模型的搭建，制作出符合实地情况的无材质模型；5)根据古遗址的实际场景对无材质建筑模型的材质进行分类填色；6)导出区分材质的数字模型。
40.复杂模型建模，1)将点云扫描仪测绘的毫米级建筑数据信息进行拼合整理；2)将点云模型转换成含有古遗址原状的数字模型；3)导出已区分材料的数字模型。
41.基于grasshopper参数化数字建模；针对三维曲率及重复程度较高的古遗址，无法采用较为传统的推拉建模方法，常采用rhino软件对其建筑模型进行分析，借助grasshopper进行参数化建模。
42.1)对古建筑的复杂部位结合测绘图纸进行分析；2)借助grasshopper设置电池程序；3)输入测绘图纸的基础信息；4)程序运算完成之后输出复杂的数字模型。
43.需补充简单模型和复杂模型，在展示信息、初始数据导入方面有哪些差别点。
44.六、模型展示-样本数据输出模块ar3d数字模型展示，1) 将建立好的建筑模型导入lumion、v-ray、enscape等渲染器之中；2) 对建筑模型的材质、粗糙度进行调整细化；3) 借助软件之中丰富的素材库还原古遗址真实的生活场景；4) 选取具有表达性的建筑节点进行全景图渲染；
5) 将渲染好的建筑节点渲染图制作成完善的3d数字模型；6) 制作二维码链接服务与客户端，用户扫码即可观看数字建筑模型。
45.vr3d数字模型展示，1) 将建立好的建筑模型导入lumion、光辉城市等渲染器之中；2) 对建筑模型的材质、粗糙度进行调整细化；3) 借助渲染软件之中丰富的素材库还原古遗址真实的生活场景；4) 定位具有表达性的建筑节点；5) 借助vr设备在软件之中实现与古建筑的互动；视频动画展示1) 将建立好的建筑模型导入lumion、光辉城市等渲染器之中；2) 对建筑模型的材质、粗糙度进行调整细化；3) 借助渲染软件之中丰富的素材库还原古遗址真实的生活场景；4) 在数字模型之中选取所需要的运镜路线并导出渲染视频；5) 借助pr对视频动画进行后期制作，添加音频、特效等；需补充三种模型展示下，其所需的硬件部分及在展示信息、初始数据导入方面有哪些差别点。
46.七、故事场景重现、关联数据库1、信息收集；2、信息展示，将新发掘的历史故事结合真实的历史背景进行筛选，结合当地地方史编撰部门对其进行补充完善，增强历史故事的完整性，逻辑性，形成更加庞大的故事体系。把真实的历史故事以音频、教学课件、动画人物的形式，借助c4d、lumion等渲染软件，与数字模型相结合，呈现在数字3d展厅之中。借助我公司的全媒体运营平台，将数据库中最真实的历史故事，人物访谈音频、视频等，借助互联网分享给对古历史学习感兴趣的组织和个人。
47.这部分需要在建筑相关故事的收集方法、以及信息展示中涉及的硬件部分进行补充说明。
48.综上，古建筑数据化处理的应用及优点为，古数字旅游展示可以展示景区的环境、设施和服务功能，给游客一种身临其境的体验，感受到古文化的熏陶，景区导游图可以嵌套在数字旅游中，让观众通过互联网和智能设备，随意穿梭于各个景区之间，了解各个风景区，对文化遗产保护，丰富旅游资源有重大的意义。
49.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。