现实捕捉技术帮助重建被地震破坏的城堡

关键点

KKE 使用NavVis 现实捕捉技术对熊本城的损坏情况进行评估，并为修复过程提供支持。
通过NavVis 移动扫描系统，KKE 可以将现状可视化为高质量的点云和三维全景图像。
NavVis 可视化软件使 KKE 能够将图纸和照片等相关信息附加到带有地理标记的兴趣点 (兴趣点 (POI))。
在最近一次扫描过程中，NavVis VLX ，在两天时间内采集了 10 800 平方米的面积，其中包括城堡内和城堡外围的区域。
对于熊本城的首席审查员来说，这种新工艺激励他们为NavVis 现实捕捉解决方案寻找更多的应用领域。

灾难之波

2016 年 4 月 16 日凌晨，熊本县的地面开始震动。在接下来的几天里，震级高达 7.0 级的地震群在撼动大地的同时摧毁了房屋和建筑物。

地震平息后，人们发现日本最精美的建筑之一被卷入了这场浩劫。熊本城于 1960 年重建，被认为是日本最重要的城堡之一，但也遭受了严重破坏。

虽然城堡本身经受住了地震的大部分冲击，结构受到轻微损坏，但人们很快就发现城堡的两个堡垒部分坍塌。在其他地方，堡垒底部的几面外墙也已坍塌，而大量的屋顶瓦片被震松并坠落到地面上。

地震发生后不久，市政府便委托工程公司Kozo Keikaku Engineering Inc. (KKE)勘察受损情况。对于 KKE 来说，这项工程也具有重要的历史意义，因为该公司曾在 1960 年城堡重建时承担了城堡的修复工作，KKE 已故创始人服部诚博士亲自监督了这项工作。

重建工作不仅仅是拍摄

KKE 的销售和市场代表 Koichi Kakuta 说，修复和维修的第一步是现场记录，但如果涉及历史建筑，这可能会成为一大障碍。

"在日本，地震、海啸、台风和山体滑坡等各种自然灾害时有发生，历史建筑也可能遭到破坏。受损的历史建筑可能没有BIM 、CAD 数据，甚至没有纸质图纸，修复起来可能需要花费大量时间"。

由于无法进入受损严重的区域，而且城堡面积相对较大，因此对遗址状况的评估和受损区域的记录也变得极具挑战性。

虽然工程师们每次到现场都会拍摄大量城堡内部受损情况的照片，但当他们回到办公室查看这些照片时，却发现收集到的内容有时会出现空白。熊本城总务处总检查官田代淳一很快就意识到，光靠照相机是不够的。

"灾难发生后，我每天都要多次往返于办公室和现场，用相机拍摄城堡塔楼内的受损情况。但是，有很多细节我没能拍到"。

移动扫描打开新视角

在早期评估揭示了破坏程度之后，KKE 的专家们知道需要另一种方法，并立即提议使用NavVis 现实捕捉技术进行破坏评估。此外，该团队还认为，该技术还能在修复过程中发挥重大作用。通过 360 度扫描仪，KKE 现在可以捕捉到建筑内部的损坏情况，并将信息可视化为三维全景图像和点云。

来自 KKE 的团队使用NavVis 移动扫描硬件进行了一对扫描，并通过NavVis IndoorViewer（即现在的 NavVis IVION).第一次扫描工作于 2016 年 9 月进行，记录了维护团队开始任何拆除工作之前的损坏情况。最初的快照用于规划部分室内拆除工作。2017 年 4 月，当内部拆除工作正式开始时，KKE 再次携带NavVis 移动扫描系统返回，拍摄另一张快照。

在查看扫描结果时，田代先生能够看到比照片更多的东西。

在古堡修复的这一阶段，团队能够检查内部情况，并通过NavVis 软件将其与最初的状态进行对比，而无需对大量照片进行分类。

NavVis 可视化软件帮助 KKE 将图纸和照片等相关信息附加到带有地理标记的兴趣点 (兴趣点 (POI))，而不是花费时间去搜索大量的图片资料。现场扫描和 POI 一起提供了工程团队和其他利益相关者都能理解的清晰画面。这种将过去与现在进行比较的能力对于监测项目至关重要。

在清除地震废墟的初步工作结束后，熊本代表制定了城堡的修复计划。由于损坏程度严重，城堡的修复和重新开放计划定于 2021 年完成，而城堡的全面修复计划目前预计于 2038 年完成。

NavVis VLX 使扫描更加灵活通用

按照计划，在今年 4 月--距那场致命地震发生已近 5 年--KKE 扫描小组的成员再次回到这里进行全面扫描，这次他们携带了 NavVis VLX肩扛式移动扫描系统。

团队成员已经很久没有亲自到现场查看了，看到城堡石墙修复得如此精美，他们感到非常惊讶，并迅速使用NavVis VLX 进行了全面扫描。在两天的时间里，共拍摄了 10,800 平方米的区域，包括城堡内部和城堡外围。

在扫描的过程中，NavVis VLX 的便携性和易用性为角田先生留下了深刻的印象。

"我们能够测量室外和室内楼梯，以及后院的狭窄区域。只用了两天时间就完成了室内和室外的测量。此外，储存箱只有一个手提箱大小，可以用飞机运输。

KKE 负责该项目的测量工作的 Eiji Miyagaki 反映说，与以前的扫描仪相比，NavVis VLX 具有免提的多功能性，而且由于没有轮子，在城堡内移动要容易得多。

"在日本炎热潮湿的初夏，这项工作非常辛苦。如果（第一次扫描）时我有一个NavVis VLX ，我就可以独自去扫描，而且扫描质量会高得多，时间也会短得多，"Miyagaki 先生说。

实现数字孪生的力量

在新建筑中，甚至在竣工结构中，进行实地考察是很直接的，但在如此复杂的情况下，这并不总是一个方便的选择。记录建筑中的困难区域需要时间和人力成本，甚至可能存在潜在的安全隐患。此外，要检查没有相应照片或图纸的区域或找到正确的照片也很困难。然而，创建 3D数字孪生可以减少反复实地考察的必要，并将视觉效果融入更全面的视图中，以便更好地理解。

事实上，NavVis 移动扫描系统采集的数据有助于编制损坏报告。Kakuta 先生（KKE）认为，最重要的是，在 2016 年地震前对城堡建筑进行数字孪生可能会使修复工作更加高效。

"通过NavVis VLX ，可以快速测量大型历史建筑的室内和室外面积，通过在NavVis IndoorViewer 中显示获得的数据，可以通过点云了解三维形状，通过全景照片详细检查材料和颜色，并随时随地共享、指导和报告数据"。

"有了NavVis IVION ，多站点和云处理等创新功能可将这些制图和显示任务的效率提高数倍"。

对于熊本城的首席审查员来说，这一新流程激励他们为NavVis 现实捕捉找到更多的应用。

"未来，我们希望NavVis 不仅能用于熊本城的修复，还能用于熊本县乃至全国的其他重要文化遗产。田代先生说："如果我们能积累修复、维护管理的历史经验，我们的效率就会更高，从而延长使用寿命，降低成本。

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