本发明涉及古建筑修复，具体涉及一种古建筑数字化辅助修复方法。
背景技术：
1、古建筑承载着悠久的中国文化，保护古建筑具有极高的现实意义，只有将文物保存下来才能体现出其历史、艺术、科学的价值。这其中古建筑修缮的工作就变得极其重要，对损毁较严重的古建进行加固，延长其寿命是古建修缮中关键的环节。
2、而现有的古建筑修复手法通常遵循传统古法，根据质量要求，分别采取一麻五灰、一布四灰或单披灰作法。例如中国发明专利201610054835.4公开的“一种古建筑构件仿真复原系统及方法”，其根本目的是为了恢复古建筑的原本样貌，但是古建筑修缮工程很容易出现较多缺陷，如对古建筑物上破损区域的填补受到主观色彩影响而引发历史失真现象，或是填补修复之后，建筑物整体不协调等问题。因此，本领域技术人员根据以上所述，提出一种古建筑数字化辅助修复方法。
技术实现思路
1、针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，提供了一种古建筑数字化辅助修复方法。本发明的修复方法要求借助现代化的手段，通过数字化处理来获得残缺部位的三维图片并构筑立体数字化模型，从而够实现高精度修补古建筑物的破损区域。
2、为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下；
3、一种古建筑数字化辅助修复方法，该方法具体包括有如下的辅助修复流程：
4、s1：点云数据获取；
5、对古建筑物进行现场勘察，并利用三维扫描仪和工业摄像机对破损的古建筑物进行扫描和拍照，在获得三维扫描点云数据之后，对点云数据进行预处理；这个步骤可以利用三维扫描仪和工业摄像机对古建筑物进行现场勘察和数据获取，因此可以获取到相对精确的古建筑物的点云数据。
6、s2：建立点云模型；
7、集成参考古建筑物的参数，同时导入点云数据和照片到三维模型软件中，以三维软件中的三维重建算法生成三维模型以及每个格网面片的影像纹理；该步骤可以通过集成参考参数和点云数据，利用三维模型软件中的三维重建算法，生成一个相对真实的三维模型，并具备一定的影像纹理。
8、s3：点云模型优化；
9、对获得的古建筑物三维模型进行精细化纹理处理，并进行模型单体化修饰处理；由于古建筑物的一些破损和细节需要进行精细化纹理处理，因此该步骤对于保证古建筑物的细节和精度是很有必要的。
10、s4：模型打印；
11、经过步骤s3获得优化后的古建筑三维模型之后，将模型数据输出到3d打印机中，获得古建筑物破损位置的模具，根据需要利用模具进行倒模获得木制或砖混材质的工件；该步骤的输出结果具备较高的准确度，并且可以根据需要获得不同材质的模具，用于进行工件的倒模制作。
12、s5：将步骤s4获得的工件安置到古建筑物的残缺处。该步骤可以使得修复后的古建筑物更加完整，因此对于保存和修复古建筑物具有一定的参考价值。
13、在上述一种古建筑数字化辅助修复方法的技术方案中，优选地，所述点云数据预处理中包括：
14、①数据配准；点云数据配准是点云数据处理中的关键步骤。通过使用标靶进行测站间的标定，可以提高点云数据的配准准确度。利用重叠区域和同名点，可以进一步提高点云数据的配准精度，同时保证了拼接结果的正确性。
15、②数据去噪；点云数据去噪可以有效减少点云数据中的噪点，提高点云数据质量，从而提高后续处理的准确性。但需要注意，过度去噪可能会导致数据丢失和模型不真实等问题。
16、③数据精简；数据精简可以将点云数据中一些冗余性、无用性的信息删除掉，从而提高点云数据的处理效率。但精简过程需要谨慎，以避免过度破坏点云数据中的重要信息，影响后续处理的准确性。
17、④数据分割；数据分割可以将点云数据分成不同的部分，以便后续的准确处理。例如把屋顶、门窗、立柱等部分分别分割出来处理，这样可以在提高处理效率的同时，保证了三维模型的真实性。
18、其中，数据配准具体包括：
19、对点云数据进行拼接和坐标纠正；
20、其中，拼接和纠正包含有：
21、在扫描两站的公共区域放置3个或3个以上的标靶，依次对各个测站的数据和标靶进行扫描，最后利用不同站点相同的标靶数据进行点云配准，每一个标靶对应一个id号，同一标靶在不同测站的id号必须一致；
22、在拼接过程中，扫描目标对象时要有一定的区域重叠度，且目标对象特征点要明显，且需要依靠寻找重叠区域的同名点进行拼接。
23、在上述一种古建筑数字化辅助修复方法的技术方案中，优选地，所述数据去噪中具体有：
24、在终端电脑上取得数据的大小、数据区信息，并把数据区复制到缓冲区中；将数据的中心值与滤波模板的设定像素位置重合；读取模板下各对应像素的灰度值，将这些灰度值从大到小排序，找出排在中间的一个后，将中间值赋给对应模板中心从而取得n值；并循环取得各点像素值；对以该点像素值为中心的n*n屏蔽窗口包括各点像素值进行排序，得到中间值；以中间值作为数据的获取范围，过大或过小的数据则进行屏蔽，以此取得去噪后的数据。
25、数据去噪方法采用了基于中值滤波的思路，通过以下步骤来实现去噪：
26、获取数据区信息并复制到缓冲区：在终端电脑上获取数据的大小和数据区域信息，并将该区域的数据复制到缓冲区中，以便后续处理。
27、设定滤波模板：将数据的中心值与滤波模板的设定像素位置对齐，滤波模板一般为n*n的窗口。
28、计算中值n：读取滤波模板下各对应位置的灰度值，并将这些灰度值从大到小进行排序，然后找出排序后中间位置的值，将该值赋给模板中心，以得到中值n。
29、循环处理各点像素值：按照中值n的范围，以每个点的像素值为中心，构建大小为n*n的屏蔽窗口，包括各个像素值，并对这些像素值进行排序。
30、获取中间值：对屏蔽窗口中的像素值进行排序，得到排序后中间位置的值。
31、进行数据屏蔽：以中间值作为数据的获取范围，将过大或过小的数据进行屏蔽。
32、通过以上步骤，可以得到经过去噪处理后的数据。
33、中值滤波是一种常用的去噪方法，可以有效地去除数据中的噪声，同时保留边缘信息和细节特征。具体效果取决于滤波模板的大小和噪声的特性，合理调整参数和采用适当的滤波方法可以达到较好的去噪效果。然而，需要明确的是，不同的场景和数据特点可能需要采用其他更适合的去噪方法，因此需要根据实际情况选择合适的方法。
34、在上述一种古建筑数字化辅助修复方法的技术方案中，优选地，所述数据精简中具体包括：
35、通过去除冗余与抽稀简化减少点云数据的数据，提取有效信息；
36、去除冗余是指在数据配准之后，其重复区域的数据，这部分数据多为无用数据，对建模的速度以及质量有很大影响，对于这部分数据要予以去除；
37、对点云数据进行分层抽稀，形成类似于金字塔的点云金字塔模型，形成点云稀疏程度由稀疏到密集，数据量由小到大的金字塔结构；需要先对点云数据进行抽稀及数据的分块组织，首先对原文件进行抽稀，得到较稀疏的点云，保存为一个文件，再此基础上在进行抽稀，直到分层完成，然后将抽稀后的点云数据分割分块存放，在点云显示时根据显示区加载相应的分块数据。
38、在上述一种古建筑数字化辅助修复方法的技术方案中，优选地，所述数据分割中具体包括：
39、数据分割的准则：
40、分块区域的特征单一且同一区域内没有法矢量及曲率的突变；
41、分割的公共边尽量便于后续的拼接；
42、分块的个数尽量少，可减少后续的拼接复杂度；
43、分割后的每一块要易于重建几何模型；
44、基于边的分割方法需先寻找出特征线，基于曲率和法矢量的提取方法，通常认为曲率或者法矢量突变的点为特征点，例如拐点或者角点，提取出特征线之后，再对特征线围成的区域进行分割；
45、基于面的方法是一个不断迭代过程，找到具有相同曲面性质的点，将属于同一基本几何特征的点集分割到同一区域，再确定这些点所属的曲面，最后由相邻的曲面决定曲面间的边界；
46、基于聚类的方法就是将相似的几何特征参数数据点分类，可用根据高斯曲率和平均曲率来求出其几何特征再聚类，最后根据所属类来分割。
47、在上述一种古建筑数字化辅助修复方法的技术方案中，优选地，所述精细化纹理处理中包括：
48、利用倾斜影像，采用垂直和4个方向的像机同时采集同一个面，或同时采集到多个角度的多张影像，对于存在遮挡、色调差异大等纹理不合理情况，需要借助手工贴图功能进行纹理精细化修改。
49、在上述一种古建筑数字化辅助修复方法的技术方案中，优选地，矢量切割单体化：以连续倾斜摄影数据为基础数据源，进行人工干预，将建模成果导入软件进行精化编辑，通过模型重建在原有场景上达到分离效果，实现模型的单体化，结合地面照片，弥补航空影像对于底商、地面、城市部件等信息的缺失，在单体化的同时，完成整个场景的修饰；
50、矢量叠加单体化：以gis应用软件在三维渲染过程中，动态地把对应矢量面叠加到倾斜摄影模型上，该矢量面在一定阈值范围内垂直地表方向生成包围盒，判断哪些三角网在其范围内，用半透明颜色贴合三角网，从视觉上实现模型被完整套合、单个管理操作的效果。
51、由上述技术方案可知，本发明提供一种古建筑数字化辅助修复方法与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
52、本发明中以利用三维扫描仪和工业摄像机对破损的古建筑物进行扫描和拍照，获得古建筑物的三维点云数据，通过对点云数据进行数据配准、数据去噪、数据精简和数据分割的预处理，获得建立三维模型的数据，并对三维模型进行优化，通过3d打印机获得古建筑物破损位置的模具，或是根据需要利用模具进行倒模获得木制或砖混材质的工件，从而能够实现高精度修补古建筑物的破损区域。
1.一种古建筑数字化辅助修复方法，其特征在于，包括如下的辅助修复流程：
2.根据权利要求1所述的一种古建筑数字化辅助修复方法，其特征在于，所述步骤s3中点云数据预处理中包括：
3.根据权利要求2所述的一种古建筑数字化辅助修复方法，其特征在于，所述②数据去噪中具体有：
4.根据权利要求2所述的一种古建筑数字化辅助修复方法，其特征在于，所述数据精简中具体包括：
5.根据权利要求2所述的一种古建筑数字化辅助修复方法，其特征在于，所述④数据分割中具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种古建筑数字化辅助修复方法，其特征在于，所述步骤s3中的精细化纹理处理中包括：
7.根据权利要求1所述的一种古建筑数字化辅助修复方法，其特征在于，所述模型单体化修饰处理中包括：
