使用Artec 3D扫描与AI摄影测量技术修复荷兰标志性风车

4C团队搭建的Roelofarendsveen风车最终3D模型。图/4C

在建筑领域，精度至关重要，尤其是修复历史建筑和其他珍贵的文化遗产时，更需格外谨慎。

无论是整体抬升、局部加建、结构加固还是外观翻新，若操作不当都可能会导致原本就脆弱、不规则的结构坍塌。因此工程师必须在施工前对现场进行测绘，全面评估潜在风险。

通常，测绘工作依赖于地面激光扫描或LiDAR扫描。但是，许多设备仅能捕获几何数据（不包含色彩信息），生成的是数据量庞大的点云，而非网格模型，这导致在第三方软件中处理困难。最大的问题是依赖视线测量，只能捕获设备视野范围内的数据。

小型日常物品的3D建模并非难事，但大型基础设施扫描则必须完整获取高空及难以触及部位的表面数据——数据不完整的数字孪生可能导致工程失误，造成经济损失。

针对这一难题，一位荷兰修复专家联系了4C Creative CAD CAM Consultants（简称4C）寻求解决方案，希望能以1:1比例还原风车内外结构，为后续修复做准备。最终确定的方案是：采用LiDAR Artec Ray II扫描风车外部结构，同时配合Ray II和无线Artec Leo捕获风车内部数据，再将无人机航拍影像导入Artec Studio，利用其中的AI摄影测量算法完成屋顶建模。

采用AI摄影测量技术数字化重建的风车屋顶结构。图/4C

全方位捕获风车数据

2025年初，4C团队应客户委托，于某个寒晨抵达位于阿姆斯特丹与海牙之间的一座历史风车遗址，协助开展修复工作。

为采集风车外部数据，团队首先部署了Artec Ray II扫描仪。这款扫描仪可用三脚架固定架设，最远扫描距离达130米，可实现快速部署与自动全景扫描，其视觉惯性系统还具备实时追踪能力。在此次项目中，Ray II成功获取了风车叶片与砖结构外墙的高精度扫描数据，但未能捕获到屋顶区域的数据。

为此，4C公司负责人Edwin Rappard采用了大疆无人机进行补充采集。AI摄影测量兼容视频格式，这让屋顶扫描变得轻松不少。即便Rappard对无人机操作不熟悉，但他只需操作无人机环绕风车飞行，按下录制按钮，便能获取清晰的屋顶影像。

完成风车外部数据采集后，团队仍需获取风车内部结构数据，内部有一套驱动风车旋转的复杂齿轮系统。4C团队选择了Artec Leo无线手持扫描仪（扫描速度达3500万点/秒）进行内部数字化。Leo轻巧便携，技术人员得以在寒冷狭窄的内部空间快速、精准地完成全部扫描。

考虑到不同扫描仪捕获的数据可以在Artec Studio中合并，团队在风车内部空间允许的区域采用了 Artec Ray II 进行扫描。亲自参与作业的 4C公司3D扫描专家 Bart Wever 表示，Artec 3D 扫描方案非常契合本次项目需求，成功捕获了精密检测所需的所有数据。

4C团队最终完成的Roelofarendsveen风车内部结构3D模型。图/4C

Wever 解释道：“整个过程的最大挑战在于对齐风车内外部的两个数据集，因为风车入口有限，只有一个小前门和一个后门，很难同时获取内部和外部的扫描数据，准确对齐。不过Ray II扫描仪让我们顺利完成了任务。最后生成了数据对齐且完整的 3D 模型。”

“我们没有使用任何标定板或标记点来对齐数据。Ray II 的视觉惯性系统（VIS）非常出色，整个过程丝滑流畅！”

在Artec Studio中合并数据集

将三种截然不同的数据集合并在一起看似很复杂，但事实并非如此，Artec Studio极大简化了整个流程。该软件的多分辨率融合算法让 4C 团队能够从每次扫描中提取最高分辨率的数据，进而搭建出细节丰富的模型。随后使用摄影测量生成屋顶网格，并将其与高精度数据集融合。

值得注意的是，Wever发现，灵活使用Artec Studio中的各种工具，可以将采集到的数据分为多个连贯部分，并在导入后重新整合。如此一来，有效避免了因数据量过大而导致电脑运行负担过重的问题。此外，Artec Studio的扫描抽取功能同样能达到类似效果——通过减少多边形数量让3D模型更便于处理和应用。

在Artec Studio中以X光模式呈现的风车模型。图/4C

该方案的另一优势在于，可将摄影测量数据等比缩放至Ray II扫描尺寸，进而生成纹理生动逼真的1:1比例的3D模型。

总体而言，数据集的整合实现了惊人的细节捕获效果——从狭窄的叶片间隙、每一个轮齿，到风车的三个楼层，皆清晰可辨。Wever认为此次采集的数据精准，若该旋转系统需要维护，这些数据可直接用于逆向工程并制造可投入使用的零部件。

“对于这类建筑来说，1毫米的容差已经是相当准确了。Leo完全能够胜任3D模型的捕获工作，并精准还原各个齿轮。”Wever解释道，“这些齿轮相当大，一个巨型齿轮驱动着整个结构运转。我们讲的不是小型部件，如果空间允许，我相信单用Ray II就够了。”

建筑领域的未来机遇？

4C团队最终采集的风车数据完全满足修复工程精度要求。但他们的探索并未止步——团队认为，Artec 3D将3D扫描与摄影测量相结合的独特方案，能够应用于更广泛的基础设施领域。

4C在Artec Studio中搭建的风车3D模型。图/4C

Rappard表示，AI摄影测量对3D扫描而言可谓是“锦上添花”，并称“市面上没有其他软件”能像 Artec Studio 这样高效整合多种3D数据集。他认为，相较于海量的点云数据，高精度3D网格模型有助于建筑师和工程师在测绘领域实现新的突破。

“结合使用Ray II、无人机、Leo，是数字化保护文化遗产的理想方案，这种技术组合在建筑领域同样具有应用潜力。”Rappard总结道，“记得我们刚接触3D扫描时，跟宣传大使一样，向人们推广3D扫描的优势。如今，3D扫描已在工程领域广泛应用，但在建筑行业，它仍能让人耳目一新。”

显然，传统技术在建筑领域仍占主导地位。但随着4C等专业 3D 扫描专家团队的努力，Artec 多样化的3D数据捕获方案必将为行业现代化进程开辟新的技术路径，让我们拭目以待。