古塔数据采集预处理特征值提取与建模

蒋寰华 袁 淼 李昊楠 王宇熙

（辽宁传媒学院，辽宁 沈阳 110136）

0 引言

古塔在中国历史中具有重要地位，古塔文化是中华文化中的一页［1］。古塔是古塔文化的重要组成部分。测绘古塔既要用到测绘技术，又要用到地理信息技术。对传统民族文化进行保护是具有重要应用价值和学术价值的工作。而把各地古塔测绘数据存入同一个大数据库可满足古塔的测绘、研究和开发的需求。各地区、各部门的联合使测绘后的古塔大数据技术得到更广泛的应用。地理信息系统和大数据组合技术将不同地区测绘后的古塔数据库统进行融合。大数据技术是实现古塔资源全面连通的信息技术［2］。大数据技术的应用有助于文化遗产进行更高水平的传承，大数据技术的开发有助于文化遗产的传播，三维激光扫描与成像技术促进大数据技术的发展［3-5］。测绘后的三维激光扫描数据分布在各处，相关数据库也分布在各处。对古塔历史文化遗迹进行多方位的浏览，才能对古塔的认知达到更高水准［6-7］。本研究针对不同激光扫描数据库如何统一的问题，对测绘方案进行梳理，对测绘方案的实现过程进行汇总，对测绘方案进行总结，并对激光测绘的未来发展方向进行探讨。

1 古塔数据采集方案

1.1 古塔数据采集工作

先对古塔进行详细调研。本研究对前期文化传承保护工作进行总结，并提出下一步工作计划，组织创新新媒体大赛策划案和交互项目比赛。其中，在比赛项目中开展三项“古塔数字化在大数据中的展示”的小题目。在技术创新方面，进行测绘研究，采用一点测绘的方式，形成古塔数字测绘点。采用数字化古塔技术来构建古塔模型。使用大数据技术将分布在各地的古塔连成一片，互相补充，互相联系。加强对古塔的研究，在科研项目上重视古塔研究，从测绘研究、数字化古塔技术、大数据技术三个方面来研究古塔。由于测绘古塔采用三维激光扫描技术进行精确测量，并数字化重建模型，从而对古塔互联网+三维动漫建模有了进一步的研究。

将获取的三维激光扫描测量数据用来组成云数据图。用地理信息系统对古塔数据进行全方位采集，对古塔进行数据采集时要变换视点。第一级视点是地面平面图，从古塔的最高点扫描到地面的各个延伸点，从而获取古塔网点图。这里采用分块分点扫描古塔数据，古塔塔顶为一块，古塔塔身为一块，古塔塔座为一块。将扫描后的三部分分点进行汇集，从而形成各自特点。接下来是汇总，按照三点对一点、三点汇一点的原则进行汇总，即一个视点是由三个控制点对接而来的。以此类推，分别对各地的古塔进行测绘。一些常见的古塔图片见图1。

1.2 古塔的技术定位

古塔数据库分散在全国各处，且数据格式各不相同。数据整理分析是对古塔数据库进行查询与分析。通过查询古塔的自然状况与技术特点，从而实现对古塔的定位。分析是指分析古塔的程序设计方法，即分析古塔的算法。分散的用户通过连接（分为软件连接和硬件连接）对所在的古塔数据库进行加工，还可进行部分编程。

1.3 古塔数据库的目标

数据安全是访问古塔地理信息系统数据库的关键，访问时要密切注意数据安全。古塔数据想安全通过系统，就要保证古塔数据不能失真，失真传输的数据为非法数据。传输数据是古塔地理信息系统研究的重点。准确传递数据信息，使数据信息不改变，这就是古塔地理信息系统数据库的技术目标。

2 古塔的数据预处理

2.1 古塔系统数据流

古塔数据库是流动的，数据以流动的方式运行。这种运行方式必然会涉及数据流，其中部分或全部数据并非存储在磁盘或内存中，而是以多个连续数据流的形式不断到达，即数据是流动的。其与传统的存储关系模型不同之处在于数据是流动的。

2.2 古塔数据特征值的动态预处理

对古塔两个不同点集的数据进行特征值变换，见式（1）。

式中：λ为任意量，说明不同点集的古塔数据类型是不同的；α为古塔不同点集数据库需要传递的数据，其在类型上一致。尤其是三维动漫数据，更要使其在大数据条件下能正常传递、运行。

图1 古塔

要先确定数据类型。在数据类型确定后，找出特征值的非零解，即两个古塔的数据可联通、传递。

（λE-A）x=0就是确定的非零解。有了非零解，即传递条件成立，从而进行动漫建模。

3 古塔特征值提取

3.1 古塔的特征值

古塔数据相同特征值的计算公式见式（2）。

因特征值相同|A|=|B|、r（A）=r（B），A和B是两个不同位置的古塔。r为经过数字化处理得到的三维动漫数据，是可以进行三维建模的动漫数据。由r（A）=r（B）得出具备传递的三维动漫建模数据。

两个不同位置的古塔数据经过计算，二者的特征值相同，从而能准确传递数据，且在传递过程中数据还不会失真。特征值相同是古塔数字化的数学基础，也是古塔数字化的技术源泉。特征值相同还是古塔数字化的大数据技术发展的关键。见式（3）。

式中：P-1为三维动漫传递的基础；P为三维动漫传递的条件。P-1AP=B意味着A地的古塔数据能正确地传递到B地。

分布在各地的古塔如果能连在一起，那就意味着正交相似。正交相似就能解决一切问题，数字化传递不会受影响。只要数据节点是正交相似，各项数字化技术都能在这里开展。

古塔的三维激光扫描与成像技术是现代化遥感测绘技术，古塔地理信息系统技术是现代化遥感测绘与地理信息技术，而古塔测绘使古塔的文化传播达到一个更高的水平。

大数据技术作为新一代数据库技术，将大数据技术应用于古塔的数字化处理，使测绘后的古塔连成一片。利用古塔地理信息系统对各数据库进行数据共享、数据挖掘、数据安全，使用大数据技术对不同的古塔数据库进行统一，并开发出数字化古塔综合信息处理平台系统。用大数据技术来解决不同数据库的统一访问是一个行之有效的技术措施。

正是由于古塔具有地理位置的分布性、资源的不同性、局部的特殊性，以及古塔大数据链接的流动性等特点，使古塔大数据得到了最好的应用，为如何解决古塔三维动漫建模数据的传递提供新的方法。古塔地理信息系统为古塔内的信息连接问题提供了一个好的解决办法，从而使古塔动漫建模数据库的连接技术问题得到解决。

3.2 古塔特征动漫建模技术分析与定位

三维动漫建模技术对古塔三维动漫技术有很大的影响，古塔动漫建模是三维动漫技术的应用，要深入研究古塔三维动漫技术。古塔分布在各地，对古塔的研究会推动三维动漫技术的发展。三维动漫博物馆开发正在进行，对古塔进行研究，是三维动漫博物馆项目的开发热点，古塔动漫建模必将成为古塔三维动漫博物馆的核心。在考古方面，由于古塔本身就是三维动漫博物馆考古项目。研究古塔能推动三维动漫博物馆技术上的突破，在古塔三维动漫博物馆的技术保护上也有研究。而古塔三维动漫博物馆的三维技术在新传媒技术上有方向，古塔动漫建模是三维动漫博物馆新技术的创新。

4 古塔立体模型

4.1 古塔三维动漫建模与古塔三维动漫博物馆

古塔动漫建模是三维动漫博物馆宣传的方向。数字媒体在三维动漫博物馆建设中大显身手。运用专业特长，发挥创新点，发扬创新点。创新技术是数字媒体三维动漫博物馆。三维动漫博物馆是前进中的项目，已经建成的和正在建设的项目正在开发。

4.2 古塔三维动漫建模与古塔三维动漫博物馆定位

由于古塔具有地理位置的分布性、资源的不同性、局部的特殊性，以及古塔大数据链接的流动性等特点，使古塔大数据得到最好的应用。在筹建和建设中的三维动漫博物馆中积极推广古塔三维动漫技术，使其贯穿整个动漫博物馆展厅。各展厅要突出三维动漫的特点，使用VR动漫技术实现建模和场景。在场景中展现真实的古塔，在选址中完成古塔技术的集合。博物馆是三维动漫技术的集成大作。

5 结语

对古塔数据的采集、预处理、特征值提取建模是古塔数字化全过程。古塔数字化是对古塔民族文化的传承与保护。民族文化的传承与保护是弘扬中华文化、爱我中华、爱我民族文化的重要组成部分。本研究的成果具有重要的使用价值和应用前景。

古塔的测绘、维修和数字化再现是重要的维护手段。古塔的数据采集预处理特征值提取建模是技术实现过程，每一步都有使用价值。其能实现美好生活的愿望，从而使古建筑获得新生。

确定古塔的实现技术、确定古塔技术人员和技术岗位。这里要确定的是大数据技术和大数据技术人员、数据维护和数据保护技术人员、数字化博物馆技术岗位工作人员、博物馆的解说人员、博物馆的保卫人员和博物馆的管理人员等；确定博物馆设计与学科设计，确定学科设计与学科发展之间的关系。博物馆要建军事文化馆，要建古塔启动、建筑和发展过程馆，还要建技术实现馆、建动漫设计馆；确定数据还原与数据实现。确定数字化的核心技术，即大数据技术和大数据人才。将各地古塔数据统一为一个大数据库。由地理信息系统组合的大数据技术，把整个古塔数据库整合起来，从而实现古塔资源的全面连通。技术和资源联盟是地理信息系统组合的大数据绘后成像技术的结果；确定博物馆的选址。选址要反映出古塔的全貌，即地形地貌、水文知识、风土人情。

由于古塔分布广泛，有部分古塔的原始资料还没有收集到。国内有些研究成果起步时间较早，但很分散。古塔的数字化是研究方向，数字化博物馆更是重中之重。数字化VR博物馆是希望。

未来，寻找古塔数字博物馆的VR技术实现方法，精选VR技术人员，确立VR技术岗位。古塔VR数字博物馆的岗位是VR数字化技术人员、博物馆VR专业技术员、博物馆VR文字解说人员、VR博物馆治安保卫人员、VR博物馆行政管理人员等岗位。研究VR新学科设计与博物馆设计，研究VR学科发展与学科设计之间的层次。VR军事文化馆、古塔启动，VR建筑和发展过程馆、技术技能实现馆、建动漫设计馆组成了古塔VR军事文化数字博物馆。

研究数据还原与数据实现。研究数字化的核心技术，即VR大数据技术和VR大数据人才。由地理信息系统组合的大数据技术能把各地遥感测绘后古塔数据库整合起来，实现对古塔资源的全面连通。VR技术和资源联盟是地理信息系统组合的VR大数据绘后成像技术的结果。

研究VR博物馆的选址。古塔的全貌反映的是选址主要求，包括地形地貌的选址、水文知识的选址、风土人情的选址。

从理论上讲，古塔VR数字化博物馆建设具有重要的现实意义。从数字化和数字媒体上进一步展示古塔VR数字化博物馆的建设，运用数字化最新成果来传承古塔VR数字化博物馆的建设。