Large-Scale Photogrammetric Documentation of St. John's Co-Cathedral: A Workflow for Cultural Heritage Preservation
作者: Matthew Kenely, Mark Bugeja, Andre Grima, Peter Pullicino, Matthew Pullicino, Dylan Seychell
分类: cs.GR
发布日期: 2026-04-27
💡 一句话要点
提出大规模摄影测量工作流，用于圣约翰协同教堂的文化遗产保护
🎯 匹配领域: 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics)
关键词: 摄影测量 文化遗产保护 三维重建 多模态数据融合 激光雷达 巴洛克建筑
📋 核心要点
- 现有方法难以应对巴洛克建筑高反射表面、低光照环境和复杂几何结构带来的摄影测量挑战。
- 论文提出一种多模态数据融合的摄影测量工作流，结合自动化处理和人工干预，优化重建质量。
- 实验结果表明，该方法能够生成高精度、高细节的3D模型，适用于文化遗产保护的多种应用。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种全面的方法，用于对马耳他瓦莱塔的圣约翰协同教堂进行大规模摄影测量记录，该教堂是联合国教科文组织世界遗产，以其华丽的巴洛克式建筑和卡拉瓦乔的杰作而闻名。在七个晚上的夜间数据采集过程中，我们使用单反相机、无人机摄影和激光雷达扫描捕获了 99,000 张图像，创建了一个包含 250-300 亿个三角形的高度详细的 3D 重建模型。本文记录了我们完整的文化遗产保护工作流程，解决了数字化复杂巴洛克式建筑空间所面临的独特挑战，包括高反射金属表面、深色材料、复杂的挂毯和受限的访问。我们详细介绍了从多模态数据采集到处理的流程，包括战略性图像分级和人工智能辅助去噪以解决低光照颗粒问题、广泛的激光雷达点云清理、使用 RealityCapture 的混合摄影测量重建以及用于实时可视化引擎的网格细分策略。我们的方法将自动化工作流程与必要的人工干预相结合，以处理项目的规模和复杂性，特别关注巴洛克遗产地特有的反射表面挑战。我们还展示了使用高斯溅射作为补充表示技术的初步实验。由此产生的数字档案可用于多种保护目的，包括灾难恢复文档、保护分析、虚拟旅游和学术研究。这项工作为从事类似大规模建筑文档项目的遗产专业人士提供了一个详细的、可复制的工作流程，解决了在复杂的现实世界遗产场景中应用摄影测量方法的实际挑战。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决大规模、高精度地数字化记录圣约翰协同教堂这一复杂巴洛克建筑的问题。现有摄影测量方法在处理具有高反射金属表面、深色材料、复杂挂毯以及光照条件不佳的场景时，容易产生噪声、伪影和几何失真，导致重建质量下降。此外，数据采集和处理的规模也带来了巨大的计算和人工成本。
核心思路：论文的核心思路是采用多模态数据融合的方法，结合摄影测量、无人机摄影和激光雷达扫描的优势，互补彼此的不足。通过战略性的图像分级和AI辅助去噪来降低低光照环境下的噪声，并结合人工干预来处理反射表面和复杂几何结构。同时，优化数据处理流程，提高效率，降低成本。
技术框架：整体流程包括以下几个主要阶段：1) 数据采集：使用单反相机、无人机和激光雷达扫描获取多模态数据；2) 数据预处理：包括图像分级、AI去噪、激光雷达点云清理等；3) 三维重建：使用RealityCapture进行混合摄影测量重建，生成高密度网格模型；4) 网格优化：采用网格细分策略，优化模型在实时可视化引擎中的性能；5) 结果展示与应用：将重建模型用于灾难恢复、保护分析、虚拟旅游和学术研究等。
关键创新：该方法的主要创新点在于：1) 针对巴洛克建筑的特点，提出了多模态数据融合的策略，有效克服了单一数据源的局限性；2) 结合AI去噪和人工干预，提高了重建质量，尤其是在处理反射表面和低光照环境方面；3) 优化了数据处理流程，实现了大规模数据的自动化处理和高效管理。
关键设计：在数据预处理阶段，采用了战略性的图像分级方法，根据光照条件和表面反射率调整图像曝光参数，以提高图像质量。同时，利用AI去噪算法降低低光照环境下的图像噪声。在三维重建阶段，使用了RealityCapture软件，并针对模型的复杂性，采用了网格细分策略，以优化模型在实时可视化引擎中的渲染性能。此外，论文还初步探索了高斯溅射作为一种替代的表示方法。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
该研究成功地对圣约翰协同教堂进行了高精度、高细节的三维重建，生成了包含250-300亿个三角形的数字模型。通过多模态数据融合和AI辅助去噪等技术，有效克服了巴洛克建筑高反射表面和低光照环境带来的挑战。初步实验表明，高斯溅射技术也具有作为补充表示方法的潜力。
🎯 应用场景
该研究成果可广泛应用于文化遗产保护领域，例如对历史建筑、文物古迹进行数字化记录和保护，为灾难恢复提供数据支持，促进虚拟旅游和文化传播，以及为学术研究提供高精度的三维模型。该工作流也为其他类似的大规模建筑数字化项目提供了参考。
📄 摘要（原文）
We present a comprehensive methodology for the large-scale photogrammetric documentation of St. John's Co-Cathedral in Valletta, Malta, a UNESCO World Heritage site renowned for its ornate Baroque architecture and Caravaggio masterpieces. Over seven nights of evening-only data collection, we captured 99,000 images using DSLR cameras, drone photography, and LIDAR scanning to create a highly detailed 3D reconstruction comprising 25-30 billion triangles. This paper documents our complete workflow for cultural heritage preservation, addressing the unique challenges of digitizing complex baroque architectural spaces with highly reflective metallic surfaces, dark materials, intricate tapestries, and restricted access. We detail our pipeline from multi-modal data acquisition through processing, including strategic image grading and AI-assisted denoising to address low-light grain, extensive LIDAR point cloud cleanup, hybrid photogrammetric reconstruction using RealityCapture, and mesh subdivision strategies for real-time visualization engines. Our methodology combines automated workflows with necessary manual intervention to handle the scale and complexity of the project, with particular attention to reflective surface challenges characteristic of baroque heritage sites. We also present preliminary experiments with Gaussian splatting as a complementary representation technique. The resulting digital archive serves multiple preservation purposes including disaster recovery documentation, conservation analysis, virtual tourism, and scholarly research. This work provides a detailed, replicable workflow for heritage professionals undertaking similar large-scale architectural documentation projects, addressing the practical challenges of applying photogrammetric methods in complex real-world heritage scenarios.