淺談三維數位化技術在文物保護中的應用

2020-12-18 商都網

中國歷史文化博大精深,源遠流長,每一個文物和遺蹟都是中華民族歷史的載體,是五千年燦爛文化的縮影,更是國家重要的珍寶和研究資料。

新拓三維光學掃描系統可以完整精確採集文物的尺寸、紋理、細節等,在文物的數據保存、三維建模、虛擬修復、復仿製和創意設計等方面應用廣泛。新拓三維在文物保護領域有著多年的經驗積累,能為文物古蹟的數據保存、保護提供全套三維光學測量解決方案。

1、文物掃描三維建模

革命題材的雕塑,通過細膩的人物雕塑凸顯挺拔的氣勢,可以從作品中感受革命的力量。陝甘邊照金革命根據地紀念館通過三維光學掃描技術,獲取革命人物三維模型,用於人像數據存儲、數字復原、加工和虛擬展示。

陝甘邊照金革命紀念館雕塑

革命人物雕像的構成,形態各異,細節豐富,掃描中為了突出雕塑的細節性,使用新拓三維XTOM藍光三維掃描儀掃描單個雕像細節性的地方(臉部、手指等),提高模型精度。

基於三維掃描技術,獲取人物的逼真三維數據模型,可以為雕像建立起完整、準確、永久的三維數字檔案庫,基於實物的高保真度的三維數字模型,可以使仿形和改型設計更加方便快捷。

2、文物虛擬修復

青蓮寺內羅漢堂內有十八羅漢雕像,造型優美,藝術價值極高,但年代久遠,雕像已經有所殘缺,亟待文物修復和雕像數位化還原。

根據文物修復項目的不同,以及現場環境條件限制等原因,擬訂了採用不同的高精度藍光掃描儀、大視場雷射掃描儀、手持掃描儀進行三維數據採集的方案,以滿足文物修復和數位化還原的需求。

殘缺佛像和修復後的佛像

本次掃描的技術特點在於大小掃描儀結合,用大視場雷射掃描儀掃描完整框架,結合工業級掃描儀數據補充更多細節,手持掃描儀可以掃狹小、邊角的空間。通過多種數據最佳擬合對齊,獲得精美的佛像三角網格數據,整個佛像修復和數位化還原得以完美解決。

3、大型文物數位化重現

北石窟寺項目的總體目標為全面數字重現石窟崖壁整體、各龕和佛像的方位、形狀及顏色,力圖可以實現長期和現狀保持高度一致。具體包括:

1. 北石窟寺整體的外立面三維數位化採集,窟龕定位;

2. 洞窟內部的內壁及雕塑的掃描建模;

3. 大小窟龕中佛像的精細數據採集建模,並統一在整個外立面的三維數據坐標下;

4. 對有色彩的重點文物進行色彩和紋理的映射,生成彩色三維模型;

為了解決這個難題,新拓三維技術工程師分別對不同掃描儀的數據進行重建,然後配準到同一個坐標系下,在邊界處利用解析度漸變的網格把這些數據縫合起來,得到由局部細節和整體數據完美融合的三維模型。結合計算機軟體,通過人機互動完成數據的後期處理和真實感模型重建。

粘貼了定位標誌的佛像和41窟

此次項目的數據採集,擬採用由整體到局部,由粗到細,整體規劃分布實施的實施方案。

1)使用大視場雷射掃描儀等精度較低的設備來獲取整個場景的數據,建立整體框架模型;

2)使用結構光面掃描設備等高精度的掃描儀獲取局部精細數據;

3)查漏補缺,利用手持式設備補齊死角處等掃描盲點的數據。以上每一步,都同步用高解析度彩色相機記錄場景或佛像的顏色和紋理信息。

4、文物復仿製和創意設計

漢武帝雕像規劃高度20米,雕刻藝術要求要表現出雄韜武略的氣魄。傳統雕塑製作流程,是建立在設計方案、製作泥稿、繪製施工圖紙的基礎上來製作的。而製作圖紙耗時長,並且要具備很強的三維理解能力,這對於施工時間和圖紙的正確程度都很難把控。

通過XTOM三維掃描儀,可以直接採集泥稿的三維數據,通過軟體的自動處理功能,獲得模型的三維數據(1:1)。根據實際尺寸進行等比例縮放、裁切可得到準確的施工圖紙數據。

漢武帝雕刻模型

在漢武帝大型雕像建設中,通過泥塑或其他材質的小樣,快速得到三維模型數據,細節輪廓可以在軟體上完善,輸出的三維圖紙或CAD數據,可直接用於後期雕刻等製作。此方法可節約大量的構圖時間、縮短施工周期。

使用XTOM三維掃描儀對雕像模型進行數位化,在軟體中對雕像的面部、右手和衣服紋理部分進行精細化處理,將雕像分區域加工後進行組裝,最終雕刻成型的雕像非常逼真形象。

三維模型和雕刻成像效果

5、文物三維建模用於3D列印

現有的三維造型軟體,只能生成比較簡單或規則的曲面形狀,大量精美而複雜的雕刻以手工設計畫圖為主,這樣就造成了複雜雕刻品往往是孤品的狀況。採用三維掃描技術,對已有人物雕刻數模進行掃描,可快速獲取三維點雲數據,用於三維建模、3D列印等。

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