民族建筑与工艺展示系统：

为了建立科普展示平台，体现其科普的性质，我们将少数民族建筑数字可视化科普展示系统分为了以下几个主要的技术部分来研究。对于前期的研究成果，我们将利用现代信息技术，利用公共地理信息平台Google Earth对民族建筑进行不同粒度的数字保护。首先，对不同民族建筑的地理信息进行收集和整理，结合地理信息系统（Geographic Information System，简记GIS），标定典型民族建筑的地理分布。在地理信息系统和卫星遥感图像的基础上，对民族建筑进行实际测量。然后根据不同粒度进行数字整理和还原，对于公共发布的地理信息平台，在其上构建低粒度的民族建筑模型。在民族建筑的建筑细节和流程，采用高粒度模型进行建模，并在模型中增加时间片，使得民族建筑可以在空间和时间得以再现和还原。并且运用3S技术与三维激光扫描技术，建立少数民族传统建筑三维数据与信息库，并对其原始数据进行采集与信息加工，并对空间数据与图形进行存储，分析，并利用三维建模与虚拟现实技术对建筑形态进行表达。最终建立的民族建筑可视化科普展示系统少数民族建筑的信息将存储在数据库中，方便查询与修改。

低粒度的民族建筑模型用于民族特色的宣传，弘扬民族文化，高粒度的模型用于民族建筑体系、建造模型、工艺技术等的具体研究。

Google sketchUp建模技术

采用了可以进行网络浏览的低粒度建模技术，利用Google skethup技术。它是一种设计辅助软件，主要用于三维建模。表面上极为简单，实际上却可以极其快速和方便地对三维民族建筑进行创建、观察和修改，相比3d有更方便，利于思考推敲的优势，即使在最初的由SketchUp所作的草图概念阶段也可输入到智能虚拟建筑环境中，并且数据的交互性可使模型应用于一系列其他软件，如cad，3dmax，lightscape等等。这种建筑技术可以将建好的模型放入Google地球上，将其制作出来的少数民族三维模型，根据其实际的坐标信息，精确地放置在Google Earth上，可以将少数民族建筑的分布表现在Google地球上，方便世界各地的人们进行浏览。

三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会像GPS一样引起测量技术的又一次革命。

三维激光扫描仪可以快速获得被测对象表面每个采样点空间立体坐标，得到被测对象的采样点（离散点）集合，称之为“距离影像”或“点云”。将相邻的离散点连接起来构成不规则三角网(TIN)立体模型或进一步构成规则格网(Grid)立体模型。TIN/Grid立体模型适合于各种情况的可视化，在其表面容易粘贴各种彩色纹理。从点云模型中提取三维特征，可以方便的构建目标的三维模型，进行空间仿真和虚拟现实。

目前，三维激光测量技术己经发展出更高的测量精度、 更远的工作距离和更多的应用领域。柯尼卡美能达公司的Vivid910 三维激光扫描仪的最高精度可达到0.008毫米: 加拿大Optech 公司的ILRIS-3D 扫描仪扫描距离可以达到1500米; 三维激光测量也已经被应用到航空测量的领域，即激光雷达。传统的遥测技术包括卫星遥感，航空摄影测量等。但是卫星遥感技术规模浩大，成本高，约束条件多，缺乏灵活性。而航空摄影测量成本昂贵，设备要求高。相比之下，三维激光扫描设备可以在低空对地面目 标进行准确的三维数据测量，其精度可以达到5厘米。其低成本和灵活性将航测技术拓展到更多更广的范围。三维激光扫描技术在军事、水利、电力、交通、防洪、滑坡监测、 建筑等领域都有着非常广泛的应用前景。

三维激光扫描技术的应用领域非常广泛，在古建筑保护、文化遗产保护、重要建筑物的施工质量评价、建筑物变形监测等方面特别适用。对于建筑保护，三维彩色扫描技术能以不损伤物体的手段，获得建筑的外形尺寸和表面色彩、纹理，得到三维彩色拷贝。所记录的信息完整全面，而不是像照片那样仅仅是儿个侧面的图像，且这些信息便于长期保存、复制、再现、传输、查阅和交流，使研究者能够在不直接接触文物的情况下，甚至在千里之外，对其进行直观的研究，这些都是传统的照相等手段所无法比拟的。有了这些信息，也给文物复制带来很大的便利。许多国家己将这一技术用于文物工作，美国斯坦福大学利用三维扫描技术实施“ 数字化米开朗基罗”项目，计划将文艺复兴时期的这位意大利著名雕塑家的作品数字化。欧洲的四家公司、三所大学、两座博物馆联合实施Archatour 项目，其主要目标是以三维数字技术改进考古、旅游领域中的多媒体系统，而三维扫描是其中的关键一环。英国自然历史博物馆利用三维扫描仪对文物进行扫描，将其立体色彩数字模型送到虚拟现实系统中，建立了虚拟博物馆，令参观者犹如进入了远古时代。2001年10月，加拿大保护中国文物基金会也向我国文物局捐赠了一套 Innovision公司生产的三维激光数字扫描仪，用于对正在建设的三峡水利工程的三峡库区的古建筑遗址和出土文物进行立体扫描测绘，记录文物和考古现场。

虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，原本是美国军方开发研究出来的一项计算机技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。由于它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的，因此虚拟现实技术将一改人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，即计算机创造的环境将人们陶醉在流连忘返的现实环境之中。通过20多年的研究探索，VR技术于20世纪80年代末走出实验室，开始进入实用化阶段。目前，世界上少数发达国家在经济、建筑、艺术乃至军事等领域，已开始广泛应用这种高新技术，并取得了显著的综合效益。合理地应用虚拟现实技术，在很大程度上能解决建筑文物场景空间环境保护中的问题。运用技术手段将文物大量地制作成各种类型的影像，如三维立体的、动画的、平面连续的等等，来展示建筑文物生动的原貌。

美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。美国宇航局(NASA)研究的重点放在对空间站操纵的实时仿真上，他们大量运用了面向座舱的飞行模拟技术。华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室(HIT Lab)进行感觉、知觉、认知和运动控制能力的研究。Dave Sims等人研制出虚拟现实撤退模型来观看系统如何运作。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。美 Wright．Patterson空军基地的“3D图像和计算机图形实验室”是在SGl4D／400-V作站上建立了空间卫星的虚拟环境来仿真近地空问和描述3D图形卫星模型环绕地球轨道的运行状态，使得仿真者对仿真对象信息的把握更加充分。

德国Damastadt的Fraunhofe计算机图形学研究所开发～种名为“虚拟设计”的组合工具，可使得图像伴随声音实时显示。德国国家数学与计算机研究中心(GMD)专门成立了一个部门，研究虚拟现实表演，冲突检测，装订在箱子中的物体的移动，高速变换以及运动控制。

英国的Bristol有限公司发现虚拟现实应用的焦点应该集中在软件与整体综合技术上，该公司将VIZ分成三大类别：实际环境检测、虚拟环境控制、虚拟环境显示。荷兰的虚拟现实研究主要是研究一般性的硬件／软件结构问题、人员因素问题，以及在工业和培训中的应用。

日本是当前虚拟视景仿真技术的研究与开发领先的国家之一，主要致力于建立大规模虚拟现实知识库的研究。另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作。东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面。东京大学的广獭研究室重点研究虚拟现实的可视化问题，现在已经有4项成果：一个类似CAVE的系统、用HMD在建筑群中漫游、人体测量和模型随动飞行仿真器。

少数民族建筑展示平台的构成。由矢量特征和属性特征固化建筑的图层和属性，构成少数民族建筑特征二维演示和三维展示的数字可视化系统，其系统构成如图2.1所示。