Културните реликви са ценното историческо богатство на страната, историческите изследвания, научните насоки и други аспекти с голямо значение. С течение на времето обаче увреждането на културните реликви често е неизбежно, което включва както естественото изветряне на самите реликви, така и случайното унищожаване.
През април 2019 г. френската Нотр Дам дьо Пари претърпя най-лошия си пожар, като дървената конструкция на върха на църквата беше напълно унищожена, оставяйки само каменни останки след себе си и огромни щети. За щастие цифровият 3D модел на облак от точки на Нотр Дам беше електронно архивиран преди унищожаването му, предоставяйки достатъчно и точни данни в подкрепа на реконструкцията на повредените части на Нотр Дам, които могат да бъдат възстановени една по една въз основа на съществуващите данни.
Лазерното сканиране и дигитализираният 3D архивен модел могат да помогнат за опазването и реставрацията на наследството и да гарантират автентичността и точността на реставрацията. Съответните изследователи обобщиха приложението на 3D лазерен скенер в областта на защитата на културни реликви в Китай от аспектите на технологичното развитие, принципа на работа и постиженията. Zhang Xiaoqing и др. изучава приложението на 3D принтиране при реконструкцията на културни реликви от аспектите на технологията, свързана с 3D лазерно сканиране и моделиране. Този документ описва основния процес на дигитализация на защитата на културни реликви от гледна точка на комбинацията от две технологии за триизмерно лазерно сканиране и 3D печат, за да се реши традиционното запазване на информацията за дигитализация на културни реликви и точно възстановяване на проблема.
Първо, принципът на работа
Лазерното сканиране с помощта на безконтактен метод на сканиране може бързо да получи целевата повърхност на масивните данни, в защитата на културни реликви има изключителни предимства. Триизмерното лазерно сканиране е главно чрез метода за измерване на високоскоростно лазерно сканиране под формата на облак от точки за получаване на масив от данни за геометрични изображения на повърхността на обекта. Данните, получени чрез традиционно измерване, са в крайна сметка двуизмерна форма, чрез представените чертежи. За разлика от традиционните измервания, 3D лазерното сканиране придобива данни в триизмерна форма, която не само съдържа информация за равнинна позиция и надморска височина, но също така и RGB информация за цвят и отражателна способност на тествания обект. Следователно информацията, получена чрез 3D лазерно сканиране, е много изчерпателна.
3D лазерният скенер използва лазер като източник на излъчваща светлина за измерване на обекта в съответствие с определена разделителна способност на хоризонтално и вертикално сканиране и приема безконтактен метод за получаване на данните за повърхността на измервания обект. Принципът на изчисляване на координатите на пространствените точки е показан на фигурата по-долу. Лазерът се използва за получаване на разстоянието S от обекта за измерване до сканиращия център и след това прецизният енкодер, контролиран от часовник, вграден вътре в устройството, се използва за синхронно измерване на наблюдаваната стойност на хоризонталния ъгъл на сканиране и наблюдаваната стойност на надлъжния ъгъл на сканиране всеки лазерен импулс и пространствените триизмерни координати на измерената точка могат да бъдат изчислени чрез пространствената триизмерна геометрична връзка с помощта на линеен елемент и два ъглови елемента. X, Y, Z координати на пространствената точка. Данните, получени чрез 3D лазерно сканиране, обикновено са в отделна координатна система в рамките на оборудването, с оста X в напречната равнина на сканиране, оста YY в напречната равнина на сканиране, перпендикулярна на оста X, и оста Z перпендикулярно на напречната равнина на сканиране.
Принципна диаграма по-горе за изчисляване на координатите на пространствени точки
Технологията за 3D печат е за отпечатване на триизмерни обекти, използването на нарязване и след това възстановяване на възстановяването на траекторията, високотемпературно топене на суровини, за да следват принципа на подреждане на траекторията за възстановяване на цифровия модел. Технологията за 3D печат се появи в средата{{ 3}} всъщност е използването на светлинно втвърдяване и ламиниране на хартия и други технологии като най-новото устройство за производство на добавки. По същество това е същият принцип на работа с обикновения печат, принтерът използва метал, керамика, пластмаса, пясък и други различни материали като суровини, свързани към компютъра, чрез компютърно контролирана траектория на нарязване, суровините слой по слой според към траекторията на стека отдолу нагоре и в крайна сметка компютърът при сканирането на цифров триизмерен електронен модел във физически обект.
Второ, анализът на техническите предимства
Триизмерното лазерно сканиране има висока скорост (близо 1 милион точки в секунда), не е необходимо да се докосва целта (безконтактно измерване), голямо количество данни, висока точност и други характеристики. Сред тях, безконтактното измерване може да получи масивни данни на повърхността на измервания обект, като ефективно избягва контактното увреждане на културни реликви в процеса на дигитализация на културни реликви. В същото време, без значение колко сложна е структурата на измерената цел, тя може да бъде придобита в съответствие с оригиналния външен вид. Точността на измерване на 3D лазерното сканиране може да достигне милиметрово ниво или дори подмилиметрово ниво, което може точно да запише оригиналния външен вид на културни реликви и да получи високопрецизни 3D дигитализирани модели за архивиране. Използването на технология за 3D печат може да бъде сканирано след архивираните високопрецизни дигитализирани културни реликви за подходящи корекции и модификации, използването на 3D принтери за отпечатване на модела и след това полиране, оцветяване и друга последваща обработка на модела, за да вземете копие на културните реликви. Технологията за 3D печат е предимството на модела в бърза скорост, моделът с висока прецизност на възстановяването може да бъде безпроблемно свързан с лазерното сканиране. Следователно комбинацията от триизмерно лазерно сканиране и технология за 3D печат, използвана при дигитализацията на културни реликви и реставрацията, има уникално предимство.
Трето, основният процес
Използването на триизмерно лазерно сканиране и 3D принтиране, комбинирано за подпомагане на цифровизацията на културни реликви и възстановяването на полето, е текущата основна тенденция на развитие. Измерената цел има късо разстояние, високи изисквания за точност, приложени към защитата на културни реликви от триизмерно лазерно сканиране обикновено се избират ръчно или преносимо на станция и принципът на фазовата разлика за получаване на целта на инструмента. Основният процес включва главно разгръщане на целта, събиране на данни, снаждане на модел, обработка на модел, нарязване на модел, 3D печат и други аспекти, както е показано на фигурата по-долу. Вземете моста Zhaozhou като пример, за да илюстрирате потока на процеса на различни етапи.
3.1 Полагане на мишени
Равномерно поставете сферични цели около моста, с не по-малко от 3 двойки цели между две съседни станции. 3 двойки сферични мишени са разположени на различни височини, подредени, за да се избегне поставянето им на една и съща права линия, така че да се избегне невъзможността да се намери основата за подравняване на съседните данни със същото име на по-късен етап.
3.2 Събиране на данни
Изберете подходящия ъгъл, настройте носещия станцията триизмерен лазерен скенер, настройте разделителната способност на сканиране на устройството и начина, по който камерата снима, контролирайте времето за сканиране и извършете 360-градусово ненасочено сканиране на целта. Сканирането на целта е завършено, проверете точността на сканирането на топката-мишена, потвърдете дали отговаря на условията за използване на повърхностния облак от точки, за да пасне на сферичните координати, ако точността не е достатъчна, трябва да извършите насочено сканиране с висока разделителна способност на сферичната цел. Проверявайте многократно, докато не бъдат изпълнени условията за напасване на центъра на сферата.
3.3 Снаждане на модел
Според принципа на работа на лазерното сканиране, данните, получени от съседни станции, са в различни независими координатни системи. Необходимо е да се използва принципът на ICP и други свързани алгоритми за уеднаквяване на координатната система на данни от множество станции, тоест чрез изчисляване на ротационната матрица между облачните данни на съседни станции, за да се завърши подравняването на модела и да се получи пълната точка облачен модел на тялото на моста.
3.4 Обработка на модела
След премахване на шума, рационализиране, сегментиране и извличане на функции на модела на облака от точки на тялото на моста, получен след подравняването, данните за повърхността се моделират и реконструират, а реконструкцията на модела обикновено възприема начина на използване на облака от точки за конструиране на мрежата за криви културни реликви. Този метод има висока точност, добро прилягане на повърхността и висока автоматизация. Реконструираният мрежов модел на мост се обработва чрез отстраняване на кожата, запълване на дупки, поправка на мрежата, изглаждане, изостряне, картографиране на текстури и т.н., за да се получи цифровият триизмерен електронен модел на моста и да се архивира и запише в базата данни.
3.5 Нарязване на модел и 3D принтиране
Използвайки технологията за 3D печат, архивираният високопрецизен дигитализиран модел на електронни културни реликви е подходящо коригиран и модифициран и компютърът се използва за нарязване на модела, изчисляване на траекторията на възстановяване на печата и генериране на G код. Според вида на материала на културните реликви, за да изберете подходящия 3D принтер и суровини, G код, въведен в 3D принтера, принтерът използва високотемпературните топящи се суровини на дюзата, за да следва траекторията на принципа на подреждане слой по слой на цифровия модел се възстановява до реалния. Физическият обект може да се използва за истински културни реликви, повредена част от реставрацията, може също да се използва за посещение на изложбата вместо истински културни реликви.
Резултатите от поетапния процес на моста Zhaozhou са показани по-долу.
3.6 Допълнително възстановяване на данни
При сканиране със стационарния 3D лазерен скенер е неизбежно да възникнат пропуски в данните и липсата на данни ще доведе до трудности при създаването на цифрови модели и 3D печат. Такива проблеми могат да бъдат решени по два начина. Единият е в допълнение към еднократното използване на сканиране от станция, с ръчната синхронизация на 3D лазерно сканиране, проблемите с ъгъла на сканиране, причинени от пропуски в данните, могат да бъдат допълнени от ръчния скенер, гъвкав и удобен. Другият е да се допълнят и поправят липсващите данни по време на обработката на данни, включително оптимизация на мрежата, запълване на дупки, изглаждане и изостряне и други средства. Сред тях запълването на отвори е най-критичното, включително кривина, допирателна, равнина, вътрешни отвори, гранични отвори, мостове и много други методи. В сравнение с традиционните методи за възстановяване, чрез триизмерно лазерно сканиране за получаване на данни с висока точност, можете да създадете по-реалистичен цифров триизмерен модел, използването на софтуер за виртуално възстановяване, за да осигурите разнообразие от възстановителни ефекти от селекция, като основа за подобряване на реалната възстановителна програма. Виртуалната реставрация съдържа главно културни реликви, запълване на празнини в тялото, ремонт на боядисване, възстановяване на текстура и т.н. След ремонт моделът става гладък и гладки и ясни контури.
Заключение и перспектива
4.1 Заключение
Чрез комбинацията от триизмерно лазерно сканиране и технология за 3D печат се описва текущата ситуация на защита и реставрация на културни реликви, принципът на работа, основният процес и неговите предимства. Ремонтът на културни реликви с триизмерно лазерно сканиране не само се възстановява с висока точност, но също така може ефективно да избегне вторично увреждане на културни реликви в процеса на дигитализация на културни реликви. Процесът има уникални предимства в областта на защитата и реставрацията на културни реликви и може да реши традиционните културни реликви със запазване на цифрова информация и точно възстановяване на проблема. Понастоящем Dunhuang Mogao Grottoes скулптурира последователно използване на лазерно сканиране и технология за 3D печат за постигане на цифрово архивиране на културни реликви и възпроизвеждане на културни реликви, технологията постепенно узрява, разнообразието на процеса постепенно се подобрява.
4.2 Outlook
Понастоящем проблемите, които трябва да бъдат решени допълнително, са диверсификацията на суровините за 3D печат, броя на дюзите на 3D принтера и обема на 3D печата, за да се подобри допълнително ефективността и практичността на 3D печата. В същото време лазерното сканиране, комбинирано с технологията за 3D печат, може да бъде интегрирано в хиперспектрална технология на базата на лазерно сканиране, лазерно сканиране на високопрецизни модели и високопрецизна текстура, получена от близка фотограметрична интеграция, можете да осъзнаете моделът на културните реликви и цветът на високопрецизната двойна реставрация и ремонт, което е от голямо практическо значение за опазването и реставрацията на културни реликви. След сканиране на дигиталния архив на модела на електронния облак от точки културни реликви могат да бъдат съхранени в базата данни чрез интернет и технология за съхранение в облак, комбинирана с технология за виртуална реалност VR, за изграждане на онлайн дигитален музей, така че туристите да могат да се реализират, без да напускат начало, за да посетите онлайн сърфирането. 3D отпечатването на културни реликви може да се използва и за действителното изложение на културни реликви и свързаните с тях индустрии на тема образование. Популяризирането и прилагането на тази технология е от голямо значение.
