古塔數(shù)據(jù)采集預處理特征值提取與建模

蔣寰華 袁 淼 李昊楠 王宇熙

（遼寧傳媒學院，遼寧 沈陽 110136）

0 引言

古塔在中國歷史中具有重要地位，古塔文化是中華文化中的一頁［1］。古塔是古塔文化的重要組成部分。測繪古塔既要用到測繪技術，又要用到地理信息技術。對傳統(tǒng)民族文化進行保護是具有重要應用價值和學術價值的工作。而把各地古塔測繪數(shù)據(jù)存入同一個大數(shù)據(jù)庫可滿足古塔的測繪、研究和開發(fā)的需求。各地區(qū)、各部門的聯(lián)合使測繪后的古塔大數(shù)據(jù)技術得到更廣泛的應用。地理信息系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)組合技術將不同地區(qū)測繪后的古塔數(shù)據(jù)庫統(tǒng)進行融合。大數(shù)據(jù)技術是實現(xiàn)古塔資源全面連通的信息技術［2］。大數(shù)據(jù)技術的應用有助于文化遺產(chǎn)進行更高水平的傳承，大數(shù)據(jù)技術的開發(fā)有助于文化遺產(chǎn)的傳播，三維激光掃描與成像技術促進大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展［3-5］。測繪后的三維激光掃描數(shù)據(jù)分布在各處，相關數(shù)據(jù)庫也分布在各處。對古塔歷史文化遺跡進行多方位的瀏覽，才能對古塔的認知達到更高水準［6-7］。本研究針對不同激光掃描數(shù)據(jù)庫如何統(tǒng)一的問題，對測繪方案進行梳理，對測繪方案的實現(xiàn)過程進行匯總，對測繪方案進行總結，并對激光測繪的未來發(fā)展方向進行探討。

1 古塔數(shù)據(jù)采集方案

1.1 古塔數(shù)據(jù)采集工作

先對古塔進行詳細調(diào)研。本研究對前期文化傳承保護工作進行總結，并提出下一步工作計劃，組織創(chuàng)新新媒體大賽策劃案和交互項目比賽。其中，在比賽項目中開展三項“古塔數(shù)字化在大數(shù)據(jù)中的展示”的小題目。在技術創(chuàng)新方面，進行測繪研究，采用一點測繪的方式，形成古塔數(shù)字測繪點。采用數(shù)字化古塔技術來構建古塔模型。使用大數(shù)據(jù)技術將分布在各地的古塔連成一片，互相補充，互相聯(lián)系。加強對古塔的研究，在科研項目上重視古塔研究，從測繪研究、數(shù)字化古塔技術、大數(shù)據(jù)技術三個方面來研究古塔。由于測繪古塔采用三維激光掃描技術進行精確測量，并數(shù)字化重建模型，從而對古塔互聯(lián)網(wǎng)+三維動漫建模有了進一步的研究。

將獲取的三維激光掃描測量數(shù)據(jù)用來組成云數(shù)據(jù)圖。用地理信息系統(tǒng)對古塔數(shù)據(jù)進行全方位采集，對古塔進行數(shù)據(jù)采集時要變換視點。第一級視點是地面平面圖，從古塔的最高點掃描到地面的各個延伸點，從而獲取古塔網(wǎng)點圖。這里采用分塊分點掃描古塔數(shù)據(jù)，古塔塔頂為一塊，古塔塔身為一塊，古塔塔座為一塊。將掃描后的三部分分點進行匯集，從而形成各自特點。接下來是匯總，按照三點對一點、三點匯一點的原則進行匯總，即一個視點是由三個控制點對接而來的。以此類推，分別對各地的古塔進行測繪。一些常見的古塔圖片見圖1。

1.2 古塔的技術定位

古塔數(shù)據(jù)庫分散在全國各處，且數(shù)據(jù)格式各不相同。數(shù)據(jù)整理分析是對古塔數(shù)據(jù)庫進行查詢與分析。通過查詢古塔的自然狀況與技術特點，從而實現(xiàn)對古塔的定位。分析是指分析古塔的程序設計方法，即分析古塔的算法。分散的用戶通過連接（分為軟件連接和硬件連接）對所在的古塔數(shù)據(jù)庫進行加工，還可進行部分編程。

1.3 古塔數(shù)據(jù)庫的目標

數(shù)據(jù)安全是訪問古塔地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的關鍵，訪問時要密切注意數(shù)據(jù)安全。古塔數(shù)據(jù)想安全通過系統(tǒng)，就要保證古塔數(shù)據(jù)不能失真，失真?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)為非法數(shù)據(jù)。傳輸數(shù)據(jù)是古塔地理信息系統(tǒng)研究的重點。準確傳遞數(shù)據(jù)信息，使數(shù)據(jù)信息不改變，這就是古塔地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的技術目標。

2 古塔的數(shù)據(jù)預處理

2.1 古塔系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

古塔數(shù)據(jù)庫是流動的，數(shù)據(jù)以流動的方式運行。這種運行方式必然會涉及數(shù)據(jù)流，其中部分或全部數(shù)據(jù)并非存儲在磁盤或內(nèi)存中，而是以多個連續(xù)數(shù)據(jù)流的形式不斷到達，即數(shù)據(jù)是流動的。其與傳統(tǒng)的存儲關系模型不同之處在于數(shù)據(jù)是流動的。

2.2 古塔數(shù)據(jù)特征值的動態(tài)預處理

對古塔兩個不同點集的數(shù)據(jù)進行特征值變換，見式（1）。

式中：λ為任意量，說明不同點集的古塔數(shù)據(jù)類型是不同的；α為古塔不同點集數(shù)據(jù)庫需要傳遞的數(shù)據(jù)，其在類型上一致。尤其是三維動漫數(shù)據(jù)，更要使其在大數(shù)據(jù)條件下能正常傳遞、運行。

圖1 古塔

要先確定數(shù)據(jù)類型。在數(shù)據(jù)類型確定后，找出特征值的非零解，即兩個古塔的數(shù)據(jù)可聯(lián)通、傳遞。

（λE-A）x=0就是確定的非零解。有了非零解，即傳遞條件成立，從而進行動漫建模。

3 古塔特征值提取

3.1 古塔的特征值

古塔數(shù)據(jù)相同特征值的計算公式見式（2）。

因特征值相同|A|=|B|、r（A）=r（B），A和B是兩個不同位置的古塔。r為經(jīng)過數(shù)字化處理得到的三維動漫數(shù)據(jù)，是可以進行三維建模的動漫數(shù)據(jù)。由r（A）=r（B）得出具備傳遞的三維動漫建模數(shù)據(jù)。

兩個不同位置的古塔數(shù)據(jù)經(jīng)過計算，二者的特征值相同，從而能準確傳遞數(shù)據(jù)，且在傳遞過程中數(shù)據(jù)還不會失真。特征值相同是古塔數(shù)字化的數(shù)學基礎，也是古塔數(shù)字化的技術源泉。特征值相同還是古塔數(shù)字化的大數(shù)據(jù)技術發(fā)展的關鍵。見式（3）。

式中：P-1為三維動漫傳遞的基礎；P為三維動漫傳遞的條件。P-1AP=B意味著A地的古塔數(shù)據(jù)能正確地傳遞到B地。

分布在各地的古塔如果能連在一起，那就意味著正交相似。正交相似就能解決一切問題，數(shù)字化傳遞不會受影響。只要數(shù)據(jù)節(jié)點是正交相似，各項數(shù)字化技術都能在這里開展。

古塔的三維激光掃描與成像技術是現(xiàn)代化遙感測繪技術，古塔地理信息系統(tǒng)技術是現(xiàn)代化遙感測繪與地理信息技術，而古塔測繪使古塔的文化傳播達到一個更高的水平。

大數(shù)據(jù)技術作為新一代數(shù)據(jù)庫技術，將大數(shù)據(jù)技術應用于古塔的數(shù)字化處理，使測繪后的古塔連成一片。利用古塔地理信息系統(tǒng)對各數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)安全，使用大數(shù)據(jù)技術對不同的古塔數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一，并開發(fā)出數(shù)字化古塔綜合信息處理平臺系統(tǒng)。用大數(shù)據(jù)技術來解決不同數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一訪問是一個行之有效的技術措施。

正是由于古塔具有地理位置的分布性、資源的不同性、局部的特殊性，以及古塔大數(shù)據(jù)鏈接的流動性等特點，使古塔大數(shù)據(jù)得到了最好的應用，為如何解決古塔三維動漫建模數(shù)據(jù)的傳遞提供新的方法。古塔地理信息系統(tǒng)為古塔內(nèi)的信息連接問題提供了一個好的解決辦法，從而使古塔動漫建模數(shù)據(jù)庫的連接技術問題得到解決。

3.2 古塔特征動漫建模技術分析與定位

三維動漫建模技術對古塔三維動漫技術有很大的影響，古塔動漫建模是三維動漫技術的應用，要深入研究古塔三維動漫技術。古塔分布在各地，對古塔的研究會推動三維動漫技術的發(fā)展。三維動漫博物館開發(fā)正在進行，對古塔進行研究，是三維動漫博物館項目的開發(fā)熱點，古塔動漫建模必將成為古塔三維動漫博物館的核心。在考古方面，由于古塔本身就是三維動漫博物館考古項目。研究古塔能推動三維動漫博物館技術上的突破，在古塔三維動漫博物館的技術保護上也有研究。而古塔三維動漫博物館的三維技術在新傳媒技術上有方向，古塔動漫建模是三維動漫博物館新技術的創(chuàng)新。

4 古塔立體模型

4.1 古塔三維動漫建模與古塔三維動漫博物館

古塔動漫建模是三維動漫博物館宣傳的方向。數(shù)字媒體在三維動漫博物館建設中大顯身手。運用專業(yè)特長，發(fā)揮創(chuàng)新點，發(fā)揚創(chuàng)新點。創(chuàng)新技術是數(shù)字媒體三維動漫博物館。三維動漫博物館是前進中的項目，已經(jīng)建成的和正在建設的項目正在開發(fā)。

4.2 古塔三維動漫建模與古塔三維動漫博物館定位

由于古塔具有地理位置的分布性、資源的不同性、局部的特殊性，以及古塔大數(shù)據(jù)鏈接的流動性等特點，使古塔大數(shù)據(jù)得到最好的應用。在籌建和建設中的三維動漫博物館中積極推廣古塔三維動漫技術，使其貫穿整個動漫博物館展廳。各展廳要突出三維動漫的特點，使用VR動漫技術實現(xiàn)建模和場景。在場景中展現(xiàn)真實的古塔，在選址中完成古塔技術的集合。博物館是三維動漫技術的集成大作。

5 結語

對古塔數(shù)據(jù)的采集、預處理、特征值提取建模是古塔數(shù)字化全過程。古塔數(shù)字化是對古塔民族文化的傳承與保護。民族文化的傳承與保護是弘揚中華文化、愛我中華、愛我民族文化的重要組成部分。本研究的成果具有重要的使用價值和應用前景。

古塔的測繪、維修和數(shù)字化再現(xiàn)是重要的維護手段。古塔的數(shù)據(jù)采集預處理特征值提取建模是技術實現(xiàn)過程，每一步都有使用價值。其能實現(xiàn)美好生活的愿望，從而使古建筑獲得新生。

確定古塔的實現(xiàn)技術、確定古塔技術人員和技術崗位。這里要確定的是大數(shù)據(jù)技術和大數(shù)據(jù)技術人員、數(shù)據(jù)維護和數(shù)據(jù)保護技術人員、數(shù)字化博物館技術崗位工作人員、博物館的解說人員、博物館的保衛(wèi)人員和博物館的管理人員等；確定博物館設計與學科設計，確定學科設計與學科發(fā)展之間的關系。博物館要建軍事文化館，要建古塔啟動、建筑和發(fā)展過程館，還要建技術實現(xiàn)館、建動漫設計館；確定數(shù)據(jù)還原與數(shù)據(jù)實現(xiàn)。確定數(shù)字化的核心技術，即大數(shù)據(jù)技術和大數(shù)據(jù)人才。將各地古塔數(shù)據(jù)統(tǒng)一為一個大數(shù)據(jù)庫。由地理信息系統(tǒng)組合的大數(shù)據(jù)技術，把整個古塔數(shù)據(jù)庫整合起來，從而實現(xiàn)古塔資源的全面連通。技術和資源聯(lián)盟是地理信息系統(tǒng)組合的大數(shù)據(jù)繪后成像技術的結果；確定博物館的選址。選址要反映出古塔的全貌，即地形地貌、水文知識、風土人情。

由于古塔分布廣泛，有部分古塔的原始資料還沒有收集到。國內(nèi)有些研究成果起步時間較早，但很分散。古塔的數(shù)字化是研究方向，數(shù)字化博物館更是重中之重。數(shù)字化VR博物館是希望。

未來，尋找古塔數(shù)字博物館的VR技術實現(xiàn)方法，精選VR技術人員，確立VR技術崗位。古塔VR數(shù)字博物館的崗位是VR數(shù)字化技術人員、博物館VR專業(yè)技術員、博物館VR文字解說人員、VR博物館治安保衛(wèi)人員、VR博物館行政管理人員等崗位。研究VR新學科設計與博物館設計，研究VR學科發(fā)展與學科設計之間的層次。VR軍事文化館、古塔啟動，VR建筑和發(fā)展過程館、技術技能實現(xiàn)館、建動漫設計館組成了古塔VR軍事文化數(shù)字博物館。

研究數(shù)據(jù)還原與數(shù)據(jù)實現(xiàn)。研究數(shù)字化的核心技術，即VR大數(shù)據(jù)技術和VR大數(shù)據(jù)人才。由地理信息系統(tǒng)組合的大數(shù)據(jù)技術能把各地遙感測繪后古塔數(shù)據(jù)庫整合起來，實現(xiàn)對古塔資源的全面連通。VR技術和資源聯(lián)盟是地理信息系統(tǒng)組合的VR大數(shù)據(jù)繪后成像技術的結果。

研究VR博物館的選址。古塔的全貌反映的是選址主要求，包括地形地貌的選址、水文知識的選址、風土人情的選址。

從理論上講，古塔VR數(shù)字化博物館建設具有重要的現(xiàn)實意義。從數(shù)字化和數(shù)字媒體上進一步展示古塔VR數(shù)字化博物館的建設，運用數(shù)字化最新成果來傳承古塔VR數(shù)字化博物館的建設。