湘南牌坊三維數字建模技術與虛擬展示平臺構建研究

本文引用格式：，．湘南牌坊三維數字建模技術與虛擬展示平臺構建研究［J］.藝術科技，2025，38(9): 150-152.

中圖分類號：P208文獻標識碼：A

文章編號：1004-9436（2025）09-0150-03

0引言

隨著數字技術的發展，利用三維數字建模技術對文化遺產進行數字化保護與展示已成為保護文物的重要手段。湘南牌坊是獨具特色的傳統建筑。湘南牌坊結構復雜且雕刻精細，傳統保護手段難以全面記錄其空間信息和藝術特征。通過三維數字建模和虛擬展示平臺構建，不僅能夠精確記錄湘南牌坊的幾何信息、材質特征和裝飾細節，還能夠實現多維度的展示與互動，為文化遺產保護、研究和傳播提供全新的技術支持。

1三維數字建模技術

的高分辨率影像數據，為后續建模提供豐富的視覺信息。傾斜攝影具有成本低廉與操作簡便的優勢，同時能生成真實感強的紋理貼圖。

三維激光掃描技術利用激光束精確測量目標物體表面的空間坐標，形成高密度點云數據。激光掃描能獲取毫米級精度的幾何信息，點云數據能為三維重建提供可靠的幾何基礎，特別適用于記錄復雜裝飾構件的空間形態。

兩種技術的結合應用能實現幾何精度與視覺效果的雙重保障。激光掃描確保模型的幾何準確性，傾斜攝影提供真實的表面紋理，這種多源數據融合方式能有效解決單一技術的局限性，為湘南牌坊的數字化保護奠定技術基礎。

1.1現代測量建模技術（傾斜攝影與激光點云）傾斜攝影測量技術通過多角度相機陣列獲取建筑物表面

1.2傳統建模方法（人工建模與BIM技術）

人工建模依托專業軟件進行手工構建，該方法具有高度的靈活性和可控性，能夠精確表達建筑師的設計意圖和藝術特征。人工建模在處理復雜曲面和裝飾細節方面具有獨特優勢，可以根據實際需要調整模型的精細程度。

BIM技術采用參數化建模理念，通過定義構件屬性和關系建立智能化三維模型。BIM模型整合幾何信息和語義屬性，形成信息豐富的數字檔案。該技術在建筑全生命周期管理中發揮著重要作用，能為文化遺產的保護和修復提供數據支撐。

傳統建模方法的主要優勢在于模型結構清晰與語義信息完整。然而，傳統方法依賴人工操作，建模效率相對較低，且需要投入大量時間和人力成本，因而在實際應用中需根據項目需求選擇合適的建模策略[1]。

1.3建模方法對比與選擇策略

不同建模方法在精度、效率及成本等方面存在顯著差異。激光掃描具有最高的幾何精度，能夠達到毫米級測量精度，適用于對精度要求極高的文物建筑。傾斜攝影在紋理表現方面具有明顯優勢，成本較低且操作便捷，適合大范圍快速建模。人工建模靈活性強，可以處理各種復雜情況，但耗時較長。

建模方法的選擇需綜合考慮項目目標、精度要求及時間成本等因素。對于湘南牌坊這類結構復雜與裝飾精美的文化遺產，單一建模技術難以滿足全面記錄的需求，因而采用多種技術融合的策略能發揮各自的優勢，實現優勢互補。

在實際應用中，建議采用分層建模策略，主體結構采用激光掃描獲取高精度幾何數據，裝飾細節結合傾斜攝影和人工建模進行精細化處理。這種組合方式既能保證整體精度，又能兼顧建模效率和成本控制。同時，根據不同應用場景的需求，建立多精度層次的模型體系，滿足虛擬展示、學術研究及工程應用等不同用途的需要（見表1）。

2湘南牌坊三維模型構建

2.1項目概述與數據采集

湘南牌坊數字化保護項目旨在建立高精度三維數字檔案，為文化遺產的永久保存和傳承提供技術支撐。項目選取具有代表性的湘南地區傳統牌坊作為研究對象，數字化工作需全面記錄牌坊的幾何形態、材質特征和裝飾細節。

數據采集階段采用多種現代測量技術相結合的方式。激光掃描設備對牌坊整體結構進行高精度測量，獲取完整的三維點云數據。同時，運用傾斜攝影測量技術，從多個角度拍攝高分辨率影像，確保紋理信息的完整性和真實性。采集工作還包括歷史資料的收集和專家訪談，通過查閱古籍文獻與歷史照片等資料補充缺失信息，邀請文物保護專家和傳統工匠提供專業指導。這些輔助信息能為后續建模提供重要參考，多源數據的綜合采集能為高質量三維模型構建奠定堅實基礎[2]

2.2三維建模流程與技術實現

三維建模流程從點云數據預處理開始，對激光掃描獲得的原始點云進行去噪、配準和融合操作。點云配準確保不同測站數據的準確拼接，形成完整的三維幾何框架。數據融合過程需處理重疊區域的冗余信息，保持模型的幾何一致性。

幾何建模階段采用逆向工程技術將點云數據轉換為三維網格模型，建模軟件自動生成初始網格結構，隨后進行人工優化和細節補充。復雜裝飾構件需結合人工建模技術進行精細化處理，確保藝術特征的準確表達。紋理映射利用傾斜攝影獲得的高清影像生成真實感紋理貼圖。

技術實現過程中需解決多種技術難題。點云數據量龐大導致處理效率較低，需采用分塊處理和并行計算技術提高運算速度。紋理映射面臨色彩一致性和幾何配準精度問題，使得后期需要大量手工調整。模型優化涉及面片簡化與紋理壓縮等技術，在保證視覺效果的前提下控制數據規模，為后續虛擬展示平臺的高效運行創造條件[3]。

2.3模型質量控制與精度評估

模型質量控制貫穿整個建模流程，從數據采集到最終成果，都需要嚴格的質量管理。點云數據質量檢查包括密度分析、精度評估和完整性檢驗。通過統計分析確定點云密度是否滿足建模需求，利用控制點檢驗測量精度是否達到設計標準，數據完整性檢查識別遮擋區域和數據缺失部分。

幾何模型精度評估采用多種方法驗證建模質量，模型與原始點云的偏差分析能夠定量評估幾何精度，色差分析評估紋理映射的準確性。關鍵尺寸的實地測量驗證確保模型在重要部位的精度符合要求，專家評審從文化和藝術角度評估模型的完整性和準確性。

質量控制體系建立分級檢驗制度，建模師進行自檢確保基本質量要求，項目組內部評審發現潛在問題，外部專家評估提供權威認證，精度評估結果表明模型幾何精度達到厘米級水平，紋理表現真實自然，能夠滿足文化遺產數字化保護的技術要求。采取質量控制措施能保證三維模型的可靠性和實用性，為后續應用奠定質量基礎。

3虛擬展示平臺開發

3.1系統架構與模型集成

虛擬展示平臺采用基于WebGL和Cesium的技術架構，實現跨平臺的三維模型展示功能。系統架構采用分層設計理念，包括數據層、服務層、應用層和表現層四個核心層次。數據層負責存儲和管理三維模型數據、紋理貼圖和元數據信息，服務層提供模型加載、渲染控制和數據傳輸等核心服務功能。

模型集成過程需處理不同格式和精度的三維數據，平臺支持多種主流三維模型格式，包括OBJ、FBX、gITF等標準格式，模型數據經過格式轉換和優化處理后統一存儲在服務器端。集成系統建立了標準化的數據接口，確保不同來源的模型數據能夠無縫融合到展示平臺。

系統架構具備良好的擴展性和兼容性，模塊化設計使平臺能夠根據需求靈活添加新功能和支持更多數據類型。標準化接口設計保證了與其他系統的兼容性，為未來的功能擴展留下了技術空間。WebGL技術的應用使平臺能夠在主流瀏覽器中穩定運行，無須安裝額外插件，大大降低了用戶的使用門檻[4]。

3.2交互功能設計與實現

交互功能設計圍繞用戶體驗和文化展示需求展開，提供多樣化的模型瀏覽和信息獲取方式。平臺實現了基礎的三維導航功能，用戶可以通過鼠標和鍵盤操作實現模型的旋轉、縮放和平移。視角控制系統支持自由視角和預設視角兩種模式，滿足不同用戶的瀏覽習慣和需求。

信息展示功能通過熱點標注和彈窗系統實現，用戶點擊模型的特定部位，可以獲取相關的歷史文化信息、建筑工藝介紹和修復記錄等詳細內容。多媒體信息展示支持文字、圖片、音頻和視頻等多種媒體格式，豐富了文化傳播的表現形式。

高級交互功能包括測量工具、剖面分析和時間軸展示等專業功能。測量工具允許用戶精確測量模型的尺寸和距離，為學術研究提供數據支持。剖面分析功能展示建筑內部結構和構造細節。

3.3平臺性能優化與部署

平臺性能優化主要針對渲染效率和用戶體驗兩個關鍵環節，系統采用多級細節層次技術，根據用戶的視角距離自動調整模型精度。遠距離觀察時，使用低精度模型，以減輕計算負擔。紋理壓縮技術和流式加載機制顯著降低數據傳輸量，使大型模型能夠快速響應用戶操作。GPU加速渲染充分利用硬件性能，確保復雜牌坊模型的流暢展示效果。

緩存策略的實施進一步提升系統響應速度，瀏覽器端智能緩存避免重復下載相同數據，服務器端預加載機制加快數據檢索速度，負載均衡技術合理分配服務器資源，保障多用戶同時訪問時的系統穩定性，數據壓縮算法優化網絡傳輸效率，改善低帶寬環境下的用戶體驗[5]。

平臺部署采用云服務架構實現彈性擴容和高可用性保障，容器化技術簡化系統維護流程，支持快速更新和版本回滾，實時監控系統跟蹤平臺運行狀態和訪問數據，為性能調優提供科學依據。

4結語

通過多源數據融合的三維建模方法和基于WebGL的虛擬展示平臺，成功實現了湘南牌坊的數字化保護與展示。研究表明，多種建模技術的融合應用能夠有效提高模型精度和真實感，虛擬展示平臺能為文化遺產的研究、教育和傳播提供新的途徑。未來研究應圍繞模型自動生成算法、增強現實應用和文化語義挖掘等方向展開，進一步提升文化遺產數字化保護水平，不僅為湘南牌坊的保護提供技術支持，也為其他類型文化遺產的數字化保護工作提供可借鑒的方法和經驗，

參考文獻：

[1］趙富燕，王姣，梁周雁，等.面向智慧校園數字孿生平臺的三維模型構建方法研究［J」.山東國土資源，2024，40（11）：49-54.

[2］彭甫梅.基于人工智能的虛擬現實三維建模自動化平臺設計與實現[J].信息記錄材料，2025，26（3）：52-54.

[3」王江梅，關凱，朱萬成，等.多源數據融合的礦山精細化建模方法與虛擬現實平臺搭建［J].金屬礦山，2025（3）：158-167.

[4」陳仁楓.實景三維建模技術在數字城市中的應用研究［J].科技資訊，2025，23（2）：70-72.

[5」季曉菲，茍彥梅.歷史文化遺跡三維場景建模及其虛擬展示［J].科技創新與生產力，2023，44（4）：58-60.