文物保护是指对各种文化遗产现场的测量、记录与恢复，使文化得到传承和发展。由于受到计算机科学技术的影响，文物保护朝着数字化方向发展。随着现代科技的发展，文物数字化保护已经成为可能，通过计算机技术和信息化测绘技术建立文物数字化档案，逐步实现在虚拟世界对现存文物的永久保护^[1]，从而使文化得到永续传承。文物作为人类文化的载体，需要详细记录其完整的客观数据，构建详实的文物精细模型，便于后期保护和利用。

激光扫描技术作为一种实景复制技术，在不接触地物的前提下，能够获取准确的地物表面信息^[2]，扫描距离达上百米，精度能够达到mm级，适用于大型文物的三维重建及数字化保护^[3]，已被应用到古建筑测量与文物保护^{[4, 5]}、逆向工程应用^[6]、地质研究^[7]、遗产调查^[8]和建筑物形变监测^[9]等领域。

目前，针对激光扫描技术，已有相应的作业技术规程，但针对文物领域的精细模型质量控制内容相对较少。本文结合多年的工作经验，总结了一套基于地面激光扫描技术的文物精细模型质量控制方案，对于开展文物测绘的质量把控工作具有十分重要的现实意义。

1 地面激光点云数据处理流程

与基于三维模型渲染的方式不同，地面激光点云数据经处理后形成的成果包括点云成果和模型成果两种。点云成果是在考虑文物表面色彩特征和几何特征的基础上，利用原始精确配准^{[10, 11]}后的激光点云数据经过噪点去除、点云滤波、点云简化等步骤(图 1)，形成的完整、无冗余、细节无损失的离散点云数据，具有存储空间需求低、速度快等显著特点^[12]。模型成果是点云数据经点云处理、几何模型构建及模型后处理得到的富含文物表面色彩特征和几何特征的真三维模型，体现出文物自身的真实感与艺术性^[13]。

2 文物精细模型质量控制内容及方法

文物集历史性、艺术性和科学性于一身，具有重要的历史、艺术和科学价值。因此，有必要对文物数字化的全过程进行质量控制。文物精细模型作为文物数字化的一项重要内容，是文物自身价值的直接表现方式，更需加强其质量控制，确保它能够提供客观详实的科学数据，又能充分体现文物自身承载的文化内涵。

文物本体所处环境存在以下几个问题：

① 地理位置相对比较偏远且分散，交通不便利;

② 自然条件比较恶劣，数据获取较为困难;

③ 文物附近无测量控制网;

④ 存在大量植被生长于文物本体表面的现象;

⑤ 文物保护单位游客众多;

⑥ 同一文物具有多尺度几何特征和纹理特征。

2.1 质量控制内容

数字测绘成果质量控制元素一般包括空间参考系、位置精度、属性精度、完整性、逻辑一致性、时间精度、影像/栅格质量、表征质量、附件质量等内容^[14]。根据多年的项目经验，参考《城市三维建模技术规范》(CJJ/T 157-2010)、《三维地理信息模型数据产品规范》(CH/T 9015-2012)以及《地面三维激光扫描作业技术规程》(CHZ3017-2015)等现有标准规范，针对文物精细模型，笔者认为应从以下几个方面进行质量控制。

1) 空间参考系检查。空间参考系是地理实体与数字几何对象之间的数学基础。检查内容包括大地基准、高程基准、地图投影等。

2) 几何精度检查。建立高精度的文物精细模型是为文物工作者提供精确科学数据的基础。检查内容包括位置信息、方向信息、高度、比例、模型底部与其附着面的套合一致性^[15]、模型外表面与点云数据的符合性^[16]、三维空间拓扑检查(缝隙、共面、毛刺、废点)。

3) 纹理精度检查。纹理数据的质量直接影响文物精细模型的展现。检查内容包括纹理文件命名是否符合要求、纹理图像大小是否为2ⁿ、纹理格式是否符合要求、贴图坐标是否存在共点或共线、纹理清晰度及色彩细节是否与实际相符、纹理图像中是否有杂物、是否存在纹理拼接痕迹^[17]、纹理文件是否能够真实反映文物的色彩及质感等。

4) 模型细节表达检查。文物具有重要历史、艺术、科学价值，文物保护需要记录文物原始的三维信息和纹理信息^[18]，文物精细模型细节表达有助于全面、客观、科学、准确地记录文物现状，更好地支撑文物保护研究。检查内容包括文物本体细节几何特征和色彩特征是否表达合理、模型几何构网分布是否合理、造型神态是否与实物相符、模型效果能否表现出深厚的历史文化气息^[19]、文物本体结构表达是否合理。

5) 属性精度检查。属性信息是文物模型的重要组成部分。检查内容包括属性信息的正确性、完整性、现势性。

6) 完整性检查。文物精细模型的完整性主要从文物本体范围是否完整、文物本体结构是否完整、文物周边地理环境是否完整表达、文物特征表达是否完整、成果资料是否齐全等方面进行检查。

7) 附件资料检查。附件资料质量侧重对附件资料的正确性和权威性进行检查，包括：①仪器鉴定材料：仪器检定证书、仪器自检报告; ②文物相关资料：专著、历史图片、视频等资料^[20]; ③其他资料。

2.2 质量控制的技术方法

为保证文物精细模型的质量，需要对模型生产进行全过程进行质量控制。质量控制采用的技术方法需要根据模型数据生产技术路线及方法、模型制作人员的技术水平、模型生产过程中的软硬件环境等诸多因素进行确定。基于已有的项目经验，文物精细模型质量控制的技术方法经归纳有以下3种。

1) 人工目视检查。利用已有平台软件，对文物精细模型成果及周边地理环境进行集成展示，专业人员(文物工作者、测绘检查员)对模型细节表达、成果覆盖范围及要求以及仪器设备鉴定资料的权威性和准确性等内容进行检查，确定文物模型精细成果的准确性、权威性、完整性、合理性。例如，测绘检查员由于缺乏专业的文物背景知识学习，对文物雕塑的造型神态以及模型效果是否与实物现状或实地环境相符，难以作出准确恰当的判断，需要测绘工作人员和文物工作人员的配合完成模型检查。该方法主要是从文物精细模型的细节表达、文物本体及周边环境的完整性等方面进行宏观和局部关键细节检查，需要借助文物专业知识和测绘专业技术共同完成，过程繁琐，但最终模型成果能够得到较高的评价。

2) 人机交互检查。利用已有平台软件、建模辅助软件的功能，在软件中直接量取文物细部几何特征(位置、距离、方位、高度、比例、结构的详细尺寸等)^[21]，通过与已有成熟的测绘方法获取的地物特征的测量数据进行比对^[22]，得到细部几何特征的精度对照表，或者对文物精细模型进行全方位查看，实现对文物精细模型的检查，保证文物精细模型的质量。例如，秦蜀古道调查项目中，结合文物工作者的实际需求，需要提供每一个栈孔的长度、宽度、深度、形状、朝向以及相邻栈孔之间的空间关系。为准确验证文物精细模型质量，在模型展示软件中，直接调取模型数据，抽取一定比例的栈孔数据并进行室内量测，使其与野外调查的数据进行对比，验证模型制作的精度，以便提供客观准确的科学遗存数据。

3) 软件自动检查。根据设计书对模型制作的技术要求，总结点云数据、模型数据、纹理贴图、属性数据之间的逻辑关系和规律，通过编码撰写辅助质检工具或利用已有平台软件、建模辅助软件的功能实现对模型质量的客观把控，尽可能减少人为因素对模型质量的影响。检查内容包括空间参考系检查、三维空间拓扑检查、模型底部与其附着面的套合一致性、模型外表面与点云数据的符合性和纹理贴图的命名、大小、分辨率、格式以及点云拼接精度(图 2和表 1)、属性数据是否填写内容等。例如，基于点到曲面的最短距离思想，求解模型外表面与点云数据的符合性，得到点云数据与模型外表面的套合情况分布图; 基于测量中误差的思想，对外业数据采集时布设的控制点精度进行检测，得到控制点精度统计报表。

3 结束语

经过丝路申遗测绘项目和秦蜀古道调查项目等文物测绘项目的实际验证，上述质量控制方法可以较好地实现文物精细模型的质量控制，文物模型质量得到了文物工作者的高度评价。制作的文物精细模型能够实现文物保护领域对科学数据和文化传承的统一，较大提升了文物测绘保障服务能力。今后应加强研究如何高效实现文物本体及其周边地理环境的高精度集成统一，以及如何利用当今测绘技术做到真正让文化遗产“活”起来，科学传承历史文脉。