Kultūras relikvijas ir valsts vērtīgā vēsturiskā bagātība, vēstures pētījumi, zinātniskā vadība un citi ļoti nozīmīgi aspekti. Tomēr, laikam ritot, kultūras relikviju bojājums bieži vien ir neizbēgams, kas ietver gan pašu relikviju dabisko izturēšanos, gan nejaušu iznīcināšanu.
2019. gada aprīlī Parīzes Dievmātes katedrāle Francijā cieta visu laiku vissmagākajā ugunsgrēkā, pilnībā nopostot koka konstrukcijas baznīcas augšpusē, atstājot tikai akmens paliekas un milzīgus bojājumus. Par laimi, Notre Dame digitālais 3D punktu mākoņa modelis pirms tā iznīcināšanas tika elektroniski arhivēts, sniedzot pietiekamus un precīzus datus, lai atbalstītu Notre Dame bojāto daļu rekonstrukciju, ko var atjaunot pa vienam, pamatojoties uz esošajiem datiem.
Lāzerskenēšana un digitalizētais 3D arhīva modelis var palīdzēt mantojuma saglabāšanā un atjaunošanā, kā arī nodrošināt restaurācijas autentiskumu un precizitāti. Attiecīgie pētnieki apkopoja 3D lāzerskenera pielietojumu kultūras relikviju aizsardzības jomā Ķīnā no tehnoloģiju attīstības, darbības principa un sasniegumu aspektiem. Zhang Xiaoqing et al. pētīja 3D drukas pielietojumu kultūras relikviju rekonstrukcijā no 3D lāzerskenēšanas un modelēšanas tehnoloģiju aspektiem. Šajā darbā ir aprakstīts kultūras relikviju aizsardzības digitalizācijas pamatprocess no trīsdimensiju lāzerskenēšanas un 3D drukas divu tehnoloģiju apvienošanas viedokļa, lai atrisinātu tradicionālo kultūras relikviju digitalizācijas informācijas saglabāšanu un problēmas precīzu atjaunošanu.
Pirmkārt, darba princips
Lāzerskenēšana, izmantojot bezkontakta skenēšanas metodi, var ātri iegūt masveida datu mērķa virsmu, kultūras relikviju aizsardzībā ir izcilas priekšrocības. Trīsdimensiju lāzerskenēšana galvenokārt tiek veikta, izmantojot ātrgaitas lāzerskenēšanas mērīšanas metodi punktu mākoņa veidā, lai iegūtu ģeometrisko attēlu datu masīvu uz objekta virsmas. Dati, kas iegūti ar tradicionālajiem mērījumiem, galu galā ir divdimensiju forma, izmantojot iesniegtos zīmējumus. Atšķirībā no tradicionālajiem mērījumiem, 3D lāzerskenēšana iegūst datus trīsdimensiju formā, kas satur informāciju ne tikai par plaknes stāvokli un augstumu, bet arī pārbaudāmā objekta RGB krāsu un atstarošanas informāciju. Tāpēc ar 3D lāzerskenēšanu iegūtā informācija ir ļoti visaptveroša.
3D lāzerskeneris izmanto lāzeru kā izstarojošo gaismas avotu, lai mērītu objektu atbilstoši noteiktai horizontālai un vertikālai skenēšanas izšķirtspējai, un izmanto bezkontakta metodi, lai iegūtu izmērītā objekta virsmas datus. Telpisko punktu koordinātu aprēķināšanas princips ir parādīts attēlā zemāk. Lāzeru izmanto, lai iegūtu attālumu S no mērāmā objekta līdz skenēšanas centram, un pēc tam ierīces iekšpusē iebūvētais precīzijas pulksteņa vadāmais kodētājs tiek izmantots, lai sinhroni izmērītu skenēšanas horizontālā leņķa novērošanas vērtību un gareniskā skenēšanas leņķa novērošanas vērtību. katru lāzera impulsu, un izmērītā punkta telpiskās trīsdimensiju koordinātas var aprēķināt, izmantojot telpiskās trīsdimensiju ģeometriskās attiecības, izmantojot līnijas elementu un divus leņķiskos elementus. Telpiskā punkta X, Y, Z koordinātas. Dati, kas iegūti ar 3D lāzerskenēšanu, parasti atrodas atsevišķā koordinātu sistēmā iekārtā ar X-ass šķērsvirziena skenēšanas plaknē, YY-ass šķērsvirziena skenēšanas plaknē, kas ir perpendikulāra X-asij, un Z-ass. perpendikulāri šķērseniskajai skenēšanas plaknei.
Above Principle diagramma telpisko punktu koordinātu aprēķināšanai
3D drukāšanas tehnoloģija ir drukāt trīsdimensiju objektus, izmantojot šķēles un pēc tam atjaunot trajektorijas atjaunošanu, augstas temperatūras kušanas izejmateriālus, lai ievērotu trajektorijas sakraušanas principu, lai atjaunotu digitālo modeli.3D drukas tehnoloģija parādījās vidū{{ 3}}s patiesībā ir gaismā cietēšanas un papīra laminēšanas un citu tehnoloģiju, piemēram, jaunākās piedevu ražošanas ierīces, izmantošana. Tas būtībā ir tāds pats darbības princips ar parasto drukāšanu, printeris izmanto metālu, keramiku, plastmasu, smiltis un citus dažādus materiālus, piemēram, izejmateriālus, kas savienoti ar datoru, izmantojot datora vadītu griešanas trajektoriju, izejvielas slāni pa slānim atbilstoši uz augšupvērstās kaudzes trajektoriju un galu galā dators digitālā trīsdimensiju elektroniskā modeļa skenēšanai fiziskā objektā.
Otrkārt, tehnisko priekšrocību analīze
Trīsdimensiju lāzerskenēšanai ir ātrs ātrums (gandrīz 1 miljons punktu sekundē), nav nepieciešams sazināties ar mērķi (bezkontakta mērījums), liels datu apjoms, augsta precizitāte un citas īpašības. Tostarp bezkontakta mērījumi var iegūt masīvus datus par izmērītā objekta virsmu, efektīvi izvairoties no kultūras relikviju saskares bojājumiem kultūras relikviju digitalizācijas procesā. Tajā pašā laikā neatkarīgi no tā, cik sarežģīta ir izmērītā mērķa struktūra, to var iegūt atbilstoši sākotnējam izskatam. 3D lāzerskenēšanas mērījumu precizitāte var sasniegt milimetru līmeni vai pat zem milimetra līmeni, kas var precīzi reģistrēt kultūras relikviju sākotnējo izskatu un iegūt augstas precizitātes 3D digitalizētus modeļus arhivēšanai. Izmantojot 3D drukas tehnoloģiju, var skenēt pēc arhivētām augstas precizitātes digitalizētām kultūras relikvijām, lai veiktu atbilstošas korekcijas un modifikācijas, 3D printeru izmantošana modeļa drukāšanai un pēc tam modeļa pulēšana, krāsošana un cita pēcapstrāde. iegūt kultūras relikviju kopijas. 3D drukas tehnoloģija ir modeļa priekšrocība ātrā ātrumā, augstas precizitātes restaurācijas modeli var nemanāmi savienot ar lāzerskenēšanu. Tāpēc trīsdimensiju lāzerskenēšanas un 3D drukas tehnoloģijas kombinācijai, ko izmanto kultūras relikviju digitalizācijā un restaurācijā, ir unikāla priekšrocība.
Treškārt, pamata process
Trīsdimensiju lāzerskenēšanas un 3D drukāšanas izmantošana kopā, lai palīdzētu kultūras relikviju digitalizācijai un lauka atjaunošanai, ir pašreizējā galvenā attīstības tendence. Mērītajam mērķim ir neliels attālums, augstas precizitātes prasības, ko piemēro kultūras relikviju aizsardzībai trīsdimensiju lāzerskenēšana parasti tiek izvēlēta rokas vai staciju pārnēsāšanas un fāzu starpības princips, lai iegūtu mērinstrumentu mērķi. Pamatprocess galvenokārt ietver mērķa izvietošanu, datu iegūšanu, modeļu savienošanu, modeļu apstrādi, modeļa sagriešanu, 3D drukāšanu un citus aspektus, kā parādīts attēlā zemāk. Izmantojiet Zhaozhou tiltu kā piemēru, lai ilustrētu procesa plūsmu dažādos posmos.
3.1. Mērķa likšana
Ap tiltu vienmērīgi novietojiet sfēriskus mērķus ar ne mazāk kā 3 mērķu pāriem starp divām blakus esošajām stacijām. 3 sfērisku mērķu pāri ir izvietoti dažādos augstumos, izkārtoti, lai izvairītos no to novietošanas vienā taisnā līnijā, lai vēlāk nevarētu atrast pamatu blakus esošo datu saskaņošanai ar tādu pašu nosaukumu.
3.2. Datu iegūšana
Izvēlieties atbilstošo leņķi, iestatiet staciju nesošo trīsdimensiju lāzerskeneri, iestatiet skenēšanas izšķirtspēju ierīcē un kameras fotografēšanas veidu, kontrolējiet skenēšanas laiku un veiciet mērķa skenēšanu bez virziena 360 grādos. Mērķa skenēšana ir pabeigta, pārbaudiet mērķa lodīšu skenēšanas precizitāti, pārbaudiet, vai tas atbilst virsmas punktu mākoņa izmantošanas nosacījumiem, lai atbilstu sfēriskām koordinātām, ja ar precizitāti nepietiek, jums jāveic augstas izšķirtspējas virziena skenēšana sfēriskais mērķis. Atkārtoti pārbaudiet, līdz ir izpildīti nosacījumi sfēras centra uzstādīšanai.
3.3 Modeļu savienošana
Saskaņā ar lāzerskenēšanas darbības principu kaimiņu staciju iegūtie dati atrodas dažādās neatkarīgās koordinātu sistēmās. Ir nepieciešams izmantot ICP principu un citus saistītos algoritmus, lai unificētu vairāku staciju datu koordinātu sistēmu, tas ir, aprēķinot rotācijas matricu starp blakus esošo staciju mākoņdatiem, lai pabeigtu modeļa izlīdzināšanu un iegūtu pilnu punktu. tilta korpusa mākoņa modelis.
3.4 Modeļu apstrāde
Pēc tilta korpusa punktu mākoņa modeļa trokšņa samazināšanas, racionalizācijas, segmentācijas un pazīmju iegūšanas, kas iegūts pēc izlīdzināšanas, virsmas dati tiek modelēti un rekonstruēti, un modeļa rekonstrukcijā parasti tiek izmantots punktu mākoņa izmantošanas veids, lai izveidotu režģi. izliektām kultūras relikvijām. Šai metodei ir augsta precizitāte, laba virsmas atbilstība un augsta automatizācija. Rekonstruētais tilta režģa modelis tiek apstrādāts ar nodīrāšanu, caurumu aizpildīšanu, režģa labošanu, izlīdzināšanu, asināšanu, faktūras kartēšanu u.c., lai iegūtu tilta digitālo trīsdimensiju elektronisko modeli un to arhivētu un saglabātu datu bāzē.
3.5 Modeļu sagriešana un 3D drukāšana
Izmantojot 3D drukas tehnoloģiju, arhivētais augstas precizitātes digitalizētais elektronisko kultūras relikviju modelis tiek atbilstoši pielāgots un pārveidots, un dators tiek izmantots modeļa sagriešanai, drukas atjaunošanas trajektorijas aprēķināšanai un G koda ģenerēšanai. Atbilstoši kultūras relikviju materiāla veidam, lai izvēlētos atbilstošo 3D printeri un izejmateriālus, G koda ievadi 3D printerī, printeris izmanto sprauslas augstas temperatūras kušanas izejmateriālus, lai ievērotu slāņa pa slāņa sakraušanas principa trajektoriju. digitālais modelis tiek atjaunots reālajā. Fiziskais objekts var tikt izmantots nekustamo kultūras relikviju bojātajai restaurācijas daļai, var izmantot arī izstādes apmeklējumam īstu kultūras relikviju vietā.
Zhaozhou tilta pakāpeniskā procesa rezultāti ir parādīti zemāk.
3.6. Datu papildu atjaunošana
Skenējot ar staciju pārnēsājamo 3D lāzerskeneri, neizbēgami radīsies datu nepilnības, un datu trūkums radīs grūtības digitālo modeļu izveidē un 3D drukāšanā. Šādas problēmas var atrisināt ar diviem līdzekļiem. Viens no tiem ir papildus vienreizējai stacijas skenēšanas izmantošanai, izmantojot rokas 3D lāzera skenēšanas sinhronizāciju, skenēšanas leņķa problēmas, ko izraisa datu nepilnības, var papildināt ar rokas skeneri, elastīgi un ērti. Otrs ir datu apstrādes laikā trūkstošo datu papildināšana un labošana, ieskaitot acs optimizāciju, urbumu aizpildīšanu, izlīdzināšanu un asināšanu un citus līdzekļus. Starp tiem viskritiskākā ir caurumu aizpildīšana, ieskaitot izliekumu, tangensu, plakni, iekšējos caurumus, robežcaurumus, tiltus un daudzas citas metodes. Salīdzinājumā ar tradicionālajām atjaunošanas metodēm, izmantojot trīsdimensiju lāzerskenēšanu, lai iegūtu augstas precizitātes datus, jūs varat izveidot reālistiskāku digitālo trīsdimensiju modeli, izmantojot programmatūru virtuālai atjaunošanai, lai nodrošinātu dažādus atjaunošanas efektus nekā atlase, kā pamats reālās restaurācijas programmas pilnveidošanai. Virtuālā restaurācija galvenokārt ietver kultūras relikviju materiālu ķermeņa spraugu aizpildīšanu, krāsošanas remontu, faktūras atjaunošanu un tā tālāk. Pēc remonta modelis kļūst gluds un gluds un skaidras kontūras.
Secinājums un perspektīva
4.1. Secinājums
Apvienojot trīsdimensiju lāzerskenēšanu un 3D drukas tehnoloģiju, tiek aprakstīta pašreizējā kultūras relikviju aizsardzības un restaurācijas situācija, darbības princips, pamatprocess un tā priekšrocības. Kultūras relikviju trīsdimensiju lāzerskenēšanas remonts tiek ne tikai atjaunots ar augstu precizitāti, bet arī var efektīvi novērst kultūras relikviju sekundāros bojājumus kultūras relikviju digitalizācijas procesā. Procesam ir unikālas priekšrocības kultūras relikviju aizsardzības un atjaunošanas jomā, un tas var atrisināt tradicionālo kultūras relikviju digitālās informācijas saglabāšanu un precīzu problēmas atjaunošanu. Pašlaik Dunhuang Mogao Grottoes skulptūra secīgi izmanto lāzerskenēšanas un 3D drukas tehnoloģijas, lai panāktu kultūras relikviju digitālo arhivēšanu un kultūras relikviju reproducēšanu, tehnoloģija pakāpeniski nobriest, procesa daudzveidība tiek pakāpeniski uzlabota.
4.2 Outlook
Šobrīd tālāk risināmās problēmas ir 3D drukas izejmateriālu dažādošana, 3D printeru sprauslu skaits un 3D drukas apjoms, lai vēl vairāk uzlabotu 3D drukas efektivitāti un praktiskumu. Tajā pašā laikā lāzerskenēšanu apvienojumā ar 3D drukas tehnoloģiju var integrēt hiperspektrālajā tehnoloģijā, pamatojoties uz lāzerskenēšanu, augstas precizitātes modeļu lāzerskenēšanu un augstas precizitātes tekstūru, kas iegūta no tuvplāna fotogrammetrijas integrācijas, jūs varat realizēt. kultūras relikviju makets un augstas precizitātes dubultās restaurācijas un remonta krāsa, kam ir liela praktiska nozīme kultūras relikviju aizsardzībā un restaurācijā. Pēc elektroniskā punktu mākoņa digitālā arhīva skenēšanas kultūras relikvijas modeli var glabāt datu bāzē, izmantojot internetu un mākoņkrātuves tehnoloģiju, apvienojumā ar virtuālās realitātes VR tehnoloģiju, lai izveidotu tiešsaistes digitālo muzeju, lai tūristus varētu realizēt neizejot. mājās, lai apmeklētu tiešsaistes pārlūkošanu. Kultūras relikviju 3D drukāšanu var izmantot arī faktiskai kultūras relikviju un izglītības tēmas saistīto nozaru eksponēšanai. Šīs tehnoloģijas popularizēšanai un pielietošanai ir liela nozīme.
