淺談三維數(shù)字化技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用

來源：定焦財經(jīng)

中國歷史文化博大精深，源遠(yuǎn)流長，每一個文物和遺跡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(xué)掃描系統(tǒng)可以完整精確采集文物的尺寸、紋理、細(xì)節(jié)等，在文物的數(shù)據(jù)保存、三維建模、虛擬修復(fù)、復(fù)仿制和創(chuàng)意設(shè)計等方面應(yīng)用廣泛。新拓三維在文物保護(hù)領(lǐng)域有著多年的經(jīng)驗積累，能為文物古跡的數(shù)據(jù)保存、保護(hù)提供全套三維光學(xué)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(xì)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。陜甘邊照金革命根據(jù)地紀(jì)念館通過三維光學(xué)掃描技術(shù)，獲取革命人物三維模型，用于人像數(shù)據(jù)存儲、數(shù)字復(fù)原、加工和虛擬展示。

陜甘邊照金革命紀(jì)念館雕塑

革命人物雕像的構(gòu)成，形態(tài)各異，細(xì)節(jié)豐富，掃描中為了突出雕塑的細(xì)節(jié)性，使用新拓三維XTOM藍(lán)光三維掃描儀掃描單個雕像細(xì)節(jié)性的地方(臉部、手指等)，提高模型精度。

基于三維掃描技術(shù)，獲取人物的逼真三維數(shù)據(jù)模型，可以為雕像建立起完整、準(zhǔn)確、永久的三維數(shù)字檔案庫，基于實物的高保真度的三維數(shù)字模型，可以使仿形和改型設(shè)計更加方便快捷。

2、文物虛擬修復(fù)

青蓮寺內(nèi)羅漢堂內(nèi)有十八羅漢雕像，造型優(yōu)美，藝術(shù)價值極高，但年代久遠(yuǎn)，雕像已經(jīng)有所殘缺，亟待文物修復(fù)和雕像數(shù)字化還原。

根據(jù)文物修復(fù)項目的不同，以及現(xiàn)場環(huán)境條件限制等原因，擬訂了采用不同的高精度藍(lán)光掃描儀、大視場激光掃描儀、手持掃描儀進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集的方案，以滿足文物修復(fù)和數(shù)字化還原的需求。

殘缺佛像和修復(fù)后的佛像

本次掃描的技術(shù)特點在于大小掃描儀結(jié)合，用大視場激光掃描儀掃描完整框架，結(jié)合工業(yè)級掃描儀數(shù)據(jù)補充更多細(xì)節(jié)，手持掃描儀可以掃狹小、邊角的空間。通過多種數(shù)據(jù)最佳擬合對齊，獲得精美的佛像三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)，整個佛像修復(fù)和數(shù)字化還原得以完美解決。

3、大型文物數(shù)字化重現(xiàn)

北石窟寺項目的總體目標(biāo)為全面數(shù)字重現(xiàn)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(xiàn)長期和現(xiàn)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(shù)字化采集，窟龕定位;

2. 洞窟內(nèi)部的內(nèi)壁及雕塑的掃描建模;

3. 大小窟龕中佛像的精細(xì)數(shù)據(jù)采集建模，并統(tǒng)一在整個外立面的三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)下;

4. 對有色彩的重點文物進(jìn)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(shù)工程師分別對不同掃描儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，然后配準(zhǔn)到同一個坐標(biāo)系下，在邊界處利用分辨率漸變的網(wǎng)格把這些數(shù)據(jù)縫合起來，得到由局部細(xì)節(jié)和整體數(shù)據(jù)完美融合的三維模型。結(jié)合計算機軟件，通過人機交互完成數(shù)據(jù)的后期處理和真實感模型重建。

粘貼了定位標(biāo)志的佛像和41窟

此次項目的數(shù)據(jù)采集，擬采用由整體到局部，由粗到細(xì)，整體規(guī)劃分布實施的實施方案。

1)使用大視場激光掃描儀等精度較低的設(shè)備來獲取整個場景的數(shù)據(jù)，建立整體框架模型;

2)使用結(jié)構(gòu)光面掃描設(shè)備等高精度的掃描儀獲取局部精細(xì)數(shù)據(jù);

3)查漏補缺，利用手持式設(shè)備補齊死角處等掃描盲點的數(shù)據(jù)。以上每一步，都同步用高分辨率彩色相機記錄場景或佛像的顏色和紋理信息。

4、文物復(fù)仿制和創(chuàng)意設(shè)計

漢武帝雕像規(guī)劃高度20米，雕刻藝術(shù)要求要表現(xiàn)出雄韜武略的氣魄。傳統(tǒng)雕塑制作流程，是建立在設(shè)計方案、制作泥稿、繪制施工圖紙的基礎(chǔ)上來制作的。而制作圖紙耗時長，并且要具備很強的三維理解能力，這對于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，可以直接采集泥稿的三維數(shù)據(jù)，通過軟件的自動處理功能，獲得模型的三維數(shù)據(jù)(1:1)。根據(jù)實際尺寸進(jìn)行等比例縮放、裁切可得到準(zhǔn)確的施工圖紙數(shù)據(jù)。

漢武帝雕刻模型

在漢武帝大型雕像建設(shè)中，通過泥塑或其他材質(zhì)的小樣，快速得到三維模型數(shù)據(jù)，細(xì)節(jié)輪廓可以在軟件上完善，輸出的三維圖紙或CAD數(shù)據(jù)，可直接用于后期雕刻等制作。此方法可節(jié)約大量的構(gòu)圖時間、縮短施工周期。

使用XTOM三維掃描儀對雕像模型進(jìn)行數(shù)字化，在軟件中對雕像的面部、右手和衣服紋理部分進(jìn)行精細(xì)化處理，將雕像分區(qū)域加工后進(jìn)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、文物三維建模用于3D打印

現(xiàn)有的三維造型軟件，只能生成比較簡單或規(guī)則的曲面形狀，大量精美而復(fù)雜的雕刻以手工設(shè)計畫圖為主，這樣就造成了復(fù)雜雕刻品往往是孤品的狀況。采用三維掃描技術(shù)，對已有人物雕刻數(shù)模進(jìn)行掃描，可快速獲取三維點云數(shù)據(jù)，用于三維建模、3D打印等。