激光掃描為土地測(cè)量者創(chuàng)造了新的工作方式，主要因?yàn)檫@是一種收集準(zhǔn)確3D信息的快速方式。但是除了速度快這點(diǎn)外，掃描還是一種非入侵性的測(cè)量 —— 掃描被測(cè)量的表面時(shí)無(wú)需用手或是棱鏡對(duì)中桿或是其它任何輔助設(shè)備，這意味著激光掃描對(duì)于那些敏感而易遭受破壞的場(chǎng)所來(lái)說(shuō)是絕佳的測(cè)量工具。當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)被越來(lái)越多 人熟知并在更寬泛的領(lǐng)域被應(yīng)用后，‘光接觸性’這點(diǎn)比起高速度和高準(zhǔn)確性來(lái)說(shuō)更能成為一個(gè)絕佳的賣(mài)點(diǎn)。

戴世達(dá)集團(tuán)是一家位于芝加哥的測(cè)繪公司，他們自2001年起開(kāi)始將掃描儀應(yīng)用于公司所承接的項(xiàng)目中。當(dāng)時(shí)他們正在研究測(cè)繪一處具有重要?dú)v史意義的石墻，這堵遭受損壞的石墻是瓦克大道（Wacker Drive）重建工程的一部分。“我們受雇測(cè)繪出遭受損壞以前的石墻，”P(pán).E., L.S., 戴世達(dá)集團(tuán)總裁陳重先生說(shuō)道，“這堵石墻長(zhǎng)達(dá)五個(gè)城市街區(qū)，并由上千塊石塊所組成，政府?dāng)M恢復(fù)這一歷史遺跡原來(lái)的完整面貌。”戴世達(dá)集團(tuán)能在幾周的時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)信息收集在一起，并花幾個(gè)月的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行處理，最后做出能夠指導(dǎo)重建工程的模型。

在那次成功的項(xiàng)目之后，公司就不再使用先前傳統(tǒng)的方式進(jìn)行測(cè)繪了，而一直使用掃描儀。瓦克大道的項(xiàng)目就是使用掃描科技的一個(gè)重要實(shí)例，歷史測(cè)繪就此成為了戴世達(dá)集團(tuán)業(yè)務(wù)的一個(gè)新領(lǐng)域。在中國(guó)進(jìn)行的兩個(gè)項(xiàng)目（ 公司于2004年在中國(guó)成立辦事處）彰顯了激光掃描應(yīng)用于這個(gè)有趣領(lǐng)域的眾多優(yōu)勢(shì)。

滄州鐵獅
滄州鐵獅鑄于公元953年，是中國(guó)最大、最古老的現(xiàn)存鐵獅雕塑。鐵獅高19英尺，長(zhǎng)21英尺，寬11英尺。歲月在鐵獅的身上留下了深重的烙印：1603年鐵獅的尾巴消失了，1886年，鐵獅遭到了暴風(fēng)雨的侵襲，1984年的重建造成了鐵獅體面的裂化。空洞的雕塑現(xiàn)在由管型腳手架支撐著。

中國(guó)國(guó)家文化遺產(chǎn)協(xié)會(huì)與戴世達(dá)集團(tuán)共同合作創(chuàng)造了鐵獅的模型，用作有限元分析；分析有限元掃描這個(gè)龐然大物是一個(gè)從未涉及到領(lǐng)域，但是文化遺產(chǎn)協(xié)會(huì)對(duì)戴世達(dá)集團(tuán)應(yīng)用掃描儀的成功經(jīng)驗(yàn)十分熟悉，陳先生接受了這一挑戰(zhàn)。

“我們將在這個(gè)項(xiàng)目中使用FARO LS 880，”陳說(shuō)，“我們承諾提供一個(gè)用于有限元分析的高分辨率模型，LS 880是一個(gè)基于相位的掃描儀，因而它的速度和準(zhǔn)確性是值得信賴的。而且因?yàn)槲覀兡芙嚯x地面對(duì)鐵獅，我們不需要長(zhǎng)距離的光時(shí)間掃描儀。”他通過(guò)使用大約25臺(tái)掃描儀達(dá)到了2mm的精確性，在大約1毫米的距離內(nèi)進(jìn)行拍攝——每次掃描都需時(shí)7分鐘來(lái)完成。為了避免在鐵獅的表面設(shè)置目標(biāo)，他在鐵獅內(nèi)部和周?chē)O(shè)置了很多控制點(diǎn)：“我們通過(guò)設(shè)置目標(biāo)來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，然后通過(guò)一個(gè)總站來(lái)獲取這些數(shù)據(jù)。如果我有不少于4個(gè)設(shè)置準(zhǔn)確的獨(dú)立控制點(diǎn)，我就可以將它們以3D的形式排列起來(lái)，然后與相同的掃描點(diǎn)進(jìn)行比較；如果它們?cè)谠试S的范圍內(nèi)有些許差異，那么他們就能夠彼此相互驗(yàn)證。”

在鐵獅內(nèi)部和周?chē)M(jìn)行工作而不接觸鐵獅本身是有點(diǎn)難度。“在腳手架上進(jìn)行掃描總是一個(gè)挑戰(zhàn)，其中必然會(huì)有很多試驗(yàn)和錯(cuò)誤，”陳說(shuō)，“有時(shí)我們不得不做幾次掃描然后選取其中一次最佳的效果。但是如果沒(méi)有腳手架的話，我們就無(wú)法在鐵獅頂部進(jìn)行掃描工作。”為了在鐵獅內(nèi)部設(shè)置并寄存12次掃描，團(tuán)隊(duì)成員攀上鐵獅的頂部——一個(gè)5’x5’的平臺(tái)，該平臺(tái)由繩索和錨固定。最后因其作出的加倍努力，使得陳的團(tuán)隊(duì)在沒(méi)有接觸鐵獅表面的情況下完成了所有掃描工作。

LS 880和掃描儀一樣可以通過(guò)一個(gè)具有相同焦點(diǎn)的照相機(jī)進(jìn)行設(shè)置，但是戴世達(dá)集團(tuán)沒(méi)有在這個(gè)項(xiàng)目上使用這項(xiàng)技術(shù)。“這個(gè)項(xiàng)目的目的就是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，”陳說(shuō)，“但是一旦客戶看到了結(jié)果，他們就會(huì)喜歡上這個(gè)作品，這樣我們就可以商討下一步的事項(xiàng)了，也許將是記錄表面腐蝕狀態(tài)的測(cè)量工作。”

每個(gè)掃描設(shè)置能收集大約5億字節(jié)的數(shù)據(jù)，總共13億字節(jié)。因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)只用了3天時(shí)間，剩余的處理工作都在辦公室中完成。在辦公室里，在將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到InnovMetric’s PolyWorks前用FARO軟件組合來(lái)寄存點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

文化遺產(chǎn)協(xié)會(huì)對(duì)結(jié)果感到滿意嗎？“是的，非常滿意，”陳說(shuō)，“將掃描數(shù)據(jù)用于有限元分析現(xiàn)在還沒(méi)有被廣泛地使用，但是他們已經(jīng)對(duì)鐵獅某些部分的缺陷有所解決，距離分析整個(gè)模型已不遠(yuǎn)了。”一旦進(jìn)行分析，文化遺產(chǎn)協(xié)會(huì)就會(huì)使用這些數(shù)據(jù)以有效而最小化的穩(wěn)定方式代替現(xiàn)在笨重而突兀的支撐設(shè)備；如果結(jié)果是好的，那么丟失的部分可被重新建構(gòu)修復(fù)。

戴世達(dá)公司獲得了這個(gè)項(xiàng)目是因?yàn)樗麄兙哂性谥袊?guó)使用掃描儀的經(jīng)驗(yàn)，也因?yàn)樗麄兣囵B(yǎng)了很多精通中國(guó)歷史和考古學(xué)的人才，如雇傭了一名擁有雕塑藝術(shù)學(xué)位的員工。這在基礎(chǔ)工作和更多額外的工作上收到了效果。不像先前的恢復(fù)重建項(xiàng)目，戴世達(dá)公司能確保他們現(xiàn)在所做的工作不會(huì)對(duì)滄州鐵獅造成任何影響——因?yàn)殍F獅沒(méi)有被直接接觸過(guò)，所以它不可能遭受損壞。

莫高窟
作為“千佛之洞”的莫高窟于公元366年在甘肅省境內(nèi)修建而成。那里有超過(guò)700所佛教廟宇。因?yàn)檫@些洞穴建于1000多年前并歷經(jīng)中國(guó)佛教多個(gè)主要的歷史時(shí)期；又因洞穴中收藏的大量復(fù)雜的藝術(shù)品、雕塑和其它藝術(shù)品，莫高窟自1987年起即被聯(lián)合國(guó)教科文組織列為世界文化遺產(chǎn)。如今現(xiàn)存的洞穴有492個(gè)，庇護(hù)著大約2100個(gè)彩色雕塑和大約54,000平方碼的壁畫(huà)。一些洞穴甚至有50英尺高，雕塑幾乎延伸到洞頂。

許多洞穴的地貌由貌似灰泥、模塑的泥漿構(gòu)成，它們相當(dāng)精致。盡管現(xiàn)在洞中的壁畫(huà)依舊十分靚麗，但為防止褪色不能暴露在強(qiáng)光中，因此在莫高窟中不能使用強(qiáng)光攝影。傳統(tǒng)上，莫高窟中的測(cè)繪工作是十分辛苦的。在洞中要建構(gòu)并使用電網(wǎng)系統(tǒng)和一個(gè)總站，并在坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量工作。這個(gè)方法操作起來(lái)十分緩慢、浪費(fèi)成本，特別是測(cè)量數(shù)據(jù)不那么準(zhǔn)確：僅一個(gè)洞穴的測(cè)繪工作就需要3個(gè)工作人員花一年的時(shí)間來(lái)完成。

因此你認(rèn)為敦煌研究院將會(huì)對(duì)作為測(cè)量工具的激光掃描十分感興趣，但是事實(shí)上他們很難相信陳所說(shuō)的。“我們確定我們有更好的方法來(lái)快速測(cè)量洞穴從而支持考古學(xué)報(bào)告。但是另一家公司已經(jīng)嘗試過(guò)激光掃描，當(dāng)該技術(shù)并不那么成熟時(shí)，效果可能并不好，”他解釋道，“在研究院同意再試一次之前，還需幾次介紹和一些絕佳的時(shí)機(jī)。”

作為試驗(yàn)，敦煌研究院同意掃描四個(gè)最古老的洞穴，每個(gè)洞穴都大約有1600年的歷史。FARO LS 880再一次成為了一個(gè)最佳選擇，這都?xì)w功于洞穴雕刻的細(xì)部和與鐵獅項(xiàng)目相似的操作空間及分辨率。該項(xiàng)目的控制設(shè)置相對(duì)比較直接：“我們?cè)O(shè)置了一條基線并據(jù)此逐步移動(dòng)，”陳說(shuō)，“而且因?yàn)槲覀儾荒苡|摸墻面或是懸掛任何目標(biāo)，我們讓藝術(shù)品自己通過(guò)確定繪畫(huà)角度來(lái)寄存掃描圖像。”但是因?yàn)槟抢镉猩习賯€(gè)繪圖角，很容易就混淆起來(lái)。為了避免混淆，陳使用了全站式激光點(diǎn)來(lái)選取目標(biāo)角落，以弱光拍攝足夠多的數(shù)碼照片。腳手架僅僅使用了一次，但是因?yàn)樵S多墻面藝術(shù)都使用了基底凸現(xiàn)濾鏡，大多數(shù)的墻面需要進(jìn)行多角度拍攝。

這些年里來(lái)到洞穴內(nèi)部的人并不多，陳說(shuō)這是一次有趣的體驗(yàn)。“洞穴絕對(duì)是布滿了雕塑和細(xì)部藝術(shù)，不論在墻上還是天花上——大量的雕刻品呈現(xiàn)在你面前。能看到不同時(shí)代佛教的不同宗教‘喜好’和多種多樣的藝術(shù)形式，這是一個(gè)讓人著魔的過(guò)程。”

研究院對(duì)于戴世達(dá)公司的工作成果感到十分高興，特別是其掃描的速度。在六個(gè)月至一年的時(shí)間內(nèi)，全體工作人員每天能完成一個(gè)洞穴的工作。“不僅因?yàn)檫@樣做能節(jié)省成本，”陳說(shuō)，“而且它還能有助于保護(hù)洞穴內(nèi)部。因?yàn)槿四芎舫鲋率苟囱ㄖ饾u退化的二氧化碳，呆在洞穴中就等于在破壞它…因此你可以看到，減少工作人員在洞穴內(nèi)的工作時(shí)間對(duì)于保護(hù)它是非常有幫助的。”

數(shù)據(jù)收集和掃描圖像的寄存都是通過(guò)FARO軟件來(lái)完成的，同時(shí)也使用了Bentley Cloudworks。戴世達(dá)公司的員工用了2個(gè)月的時(shí)間與館長(zhǎng)共同工作，為他們展示向AutoCAD中導(dǎo)入的模型并對(duì)其進(jìn)行處理。陳說(shuō)他的員工還在不斷地學(xué)習(xí)；“他們幫助我們?nèi)绾螐乃囆g(shù)的角度來(lái)看待問(wèn)題，并向我們展示如何讓模型看起來(lái)更生動(dòng)。”

研究院對(duì)于掃描數(shù)據(jù)的成果充滿信心。一開(kāi)始，所運(yùn)用的是簡(jiǎn)單的報(bào)告和其它測(cè)繪，但是逐漸地他們希望建立一種可以在影院環(huán)境中展示虛擬洞穴的真實(shí)效果，也許還能在其它國(guó)家進(jìn)行巡展。這樣的話，如今的前沿科技將有助于保存古代的宗教場(chǎng)所，使大家能一起分享這一古代圣所。

用新技術(shù)發(fā)展新工作
陳說(shuō)在中國(guó)，他用了他在芝加哥公司開(kāi)發(fā)的模式，因此他了解到完成此項(xiàng)工作要比獲得該項(xiàng)工作要相對(duì)容易一些。他的公司能獲得滄州鐵獅的項(xiàng)目是由于他們和文化遺產(chǎn)協(xié)會(huì)之前有過(guò)合作，并與協(xié)會(huì)建立了良好的關(guān)系。至于莫高窟項(xiàng)目，陳則會(huì)到研究院，在莫高窟實(shí)施試點(diǎn)工程并對(duì)客戶進(jìn)行培訓(xùn)，以此培養(yǎng)雙方的信心。

因此我們可以看到良好的市場(chǎng)推廣和了解新技術(shù)的可能性都非常重要。通過(guò)將全新的測(cè)量技術(shù)、專(zhuān)業(yè)人員、持續(xù)熟練的市場(chǎng)推廣能力結(jié)合在一起，戴世達(dá)集團(tuán)已經(jīng)能夠應(yīng)用新的能力為新的市場(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。