毕业生简介
霍芃芃
北京建筑大学2021届测绘工程硕士研究生
指导老师：侯妙乐教授、李松年教授、董友强
引文格式：霍芃芃. 基于模板库的明清官式建筑屋顶装饰构件重建研究[D].北京建筑大学, 2021.
论文发表情况：
[1] HUO, Pengpeng, et al. A Method for 3D Reconstruction of the Ming and Qing Official-Style Roof Using a Decorative Components Template Library. ISPRS International Journal of Geo-Information, 2020, 9.10: 570.
[2] 霍芃芃,侯庆明,周庆,李兵,侯妙乐.基于多种数据源的三维重建方法研究——以北京明长城为例[J].测绘通报,2020(S1):262-267.
[3] 霍芃芃,侯妙乐,杨溯,侯庆明,周庆,董友强,李爱群.机载LiDAR点云建筑物屋顶轮廓线自动提取研究综述[J].地理信息世界,2019,26(05):1-13.
获奖及专利软著：
1.2020.9, 第七届“鲁班杯”大学生创新创业大赛一等奖, 北京建筑大学，排序2；
2.侯妙乐, 霍芃芃, 文物知识建模修复系统v1.0, 2019SR0024128, 2018.10.10
学术交流及项目参与：
1.北京市城市空间信息工程重点实验室研究课题 (NO. 2020214)，主持;
成果展示
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研究背景与现状
中国明清时期形成了一套富含等级制度与建造规律的建筑体系，后人称之为“官式建筑”。国内最著名的明清官式建筑群落之一，即为北京故宫，参见图1。明清官式建筑屋顶的外形结构迥异于中国其他体系建筑，是中国建筑历史中获得赞誉最高的建筑结构之一。但是由于屋顶长期暴露于外界，多数正遭受着自然环境与人为因素等方面导致不同程度的损坏。若建筑屋顶本体的信息未能及时获得阶段性精细留取，其承载的历史文化信息将永不复存在。因此，对其进行科学有效的保护兼具复杂性和紧迫性。
图1 明清官式建筑群（北京，故宫）
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技术路线与研究思路
2.1 基于模板库的明清官式屋顶三维重建
本文以明清官式建筑屋顶的各类装饰构件为研究对象，基于密集影像匹配点云数据与三维激光扫描点云数据，搭建明清官式建筑屋顶装饰构件模板库，并结合构件模板库提出一种融合影像识别和点云匹配的地理空间准机制以实现其自动调用与拼接，总体技术流程如图2所示。
图2 基于模板库三维重建屋顶模型工作流程
本研究的核心思想是为在批量化、自动化三维重建明清官式建筑的过程中，确保其屋顶装饰构件实现细节表达，以期将传统建筑营造工艺的历史和美学文化完整地保留下来，流传下去。本研究的贡献主要可分为两个方面。
其一，针对明清官式建筑等古建筑遗产保护与发展的关键难点问题——高时效、高精度重建构件级三维模型，基于本文方法，即可对通过激光扫描或近景摄影测量等技术手段获取的任意明清官式建筑屋顶装饰构件进行精确、高效的三维建模，通过模板库中相应构件模型尺度缩放、刚体变化与精准定位，实现与屋顶的自动化匹配拼接；
其二，本研究搭建的装饰构件模板库大多依据清工部等权威的皇家建筑建造部门推行的营造则例、做法则例等，具有较高的通用性，可普遍为大部分明清官式建筑的屋顶三维重建提供有效服务。本构件模板库目前正处于扩充阶段，以期涵盖更多明清官式建筑屋顶装饰构件，乃至其他结构构件。
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论文意义
本研究提出的建模策略不仅可应用于明清官式建筑屋顶，亦同样适用于其他遵循明确设计准则、建造规则的建筑类型或建筑局部。尽管本研究目前尚偏于理想化，但本文所提出的基于地理空间配准机制自动化调用构件模板库方法，仍可为明清官式建筑屋顶精细化三维建模相关工作开展深度应用和探索实验提供新思路。总体而言，本研究成果可为明清官式建筑屋顶装饰构件的数据数字化留取和快速三维建模等领域提供一定参考，同时为与明清官式建筑相似的具有统一营造规制的建筑遗产提供有效的方法借鉴。
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微信号 : relics-conservations
供稿：霍芃芃
排版：林敬凯、王诗涵
审核：王庆民、杨硕