Kultūros relikvijos – tai vertingi šalies istoriniai turtai, istoriniai tyrimai, mokslinis vadovavimas ir kiti didelės reikšmės aspektai. Tačiau laikui bėgant dažnai neišvengiama žalos kultūros reliktams, įskaitant ir natūralų pačių relikvijų atmosferą, ir atsitiktinį sunaikinimą.
2019 m. balandį Prancūzijos Dievo Motinos katedra patyrė didžiausią visų laikų gaisrą – bažnyčios viršuje esanti medinė konstrukcija buvo visiškai sunaikinta, liko tik akmens likučiai ir padaryta didžiulė žala. Laimei, skaitmeninis 3D taškų debesies modelis Notre Dame buvo elektroniniu būdu archyvuotas prieš jo sunaikinimą, suteikiant pakankamai ir tikslių duomenų, kad būtų galima atkurti pažeistas Dievo Motinos dalis, kurias galima atkurti po vieną, remiantis turimais duomenimis.
Lazerinis skenavimas ir suskaitmenintas 3D archyvinis modelis gali padėti išsaugoti ir atkurti paveldą bei užtikrinti atkūrimo autentiškumą ir tikslumą. Atitinkami mokslininkai apibendrino 3D lazerinio skaitytuvo pritaikymą kultūros relikvijų apsaugos srityje Kinijoje technologijų plėtros, darbo principo ir pasiekimų aspektais. Zhang Xiaoqing ir kt. studijavo 3D spausdinimo pritaikymą atkuriant kultūros reliktus iš 3D lazerinio skenavimo ir modeliavimo technologijos aspektų. Šiame darbe aprašomas pagrindinis kultūros relikvijų apsaugos skaitmeninimo procesas trimačio lazerinio skenavimo ir 3D spausdinimo dviejų technologijų derinimo požiūriu, siekiant išspręsti tradicinės kultūros relikvijų skaitmeninimo informacijos saugojimo ir tikslaus atkūrimo problemą.
Pirma, darbo principas
Lazerinis skenavimas naudojant nekontaktinį nuskaitymo metodą, gali greitai gauti tikslinį paviršių iš didžiulių duomenų, o kultūros reliktų apsauga turi išskirtinių pranašumų. Trimatis lazerinis nuskaitymas daugiausia atliekamas naudojant didelio greičio lazerinio skenavimo matavimo metodą, taško debesies pavidalu, kad būtų galima gauti geometrinio vaizdo duomenų masyvą objekto paviršiuje. Duomenys, gauti tradiciniu matavimu, galiausiai yra dvimatė forma, naudojant pateiktus brėžinius. Skirtingai nuo tradicinių matavimų, 3D lazerinis skenavimas įgauna duomenis trimačiu pavidalu, kuriame yra ne tik informacija apie plokštuminę padėtį ir aukštį, bet ir tiriamo objekto RGB spalvos bei atspindžio informacija. Todėl 3D lazeriniu skenavimu gaunama informacija yra labai išsami.
3D lazerinis skaitytuvas naudoja lazerį kaip skleidžiantį šviesos šaltinį, kad išmatuotų objektą pagal tam tikrą horizontalią ir vertikalią nuskaitymo skiriamąją gebą, ir taiko nekontaktinį metodą, kad gautų išmatuoto objekto paviršiaus duomenis. Erdvinių taškų koordinačių skaičiavimo principas parodytas paveikslėlyje žemiau. Lazeris naudojamas atstumui S nuo matuojamo objekto iki skenavimo centro nustatyti, o tada prietaiso viduje įmontuotas tikslumo laikrodžio valdomas koduotuvas naudojamas sinchroniškai išmatuoti horizontalaus skenavimo kampo stebėjimo vertę ir išilginio skenavimo kampo stebėjimo vertę. kiekvienas lazerio impulsas, o išmatuoto taško erdvinės trimatės koordinatės gali būti apskaičiuojamos naudojant erdvinį trimatį geometrinį ryšį, naudojant linijos elementą ir du kampinius elementus. Erdvinio taško X, Y, Z koordinatės. 3D lazerinio skenavimo metu gauti duomenys paprastai yra atskiroje įrangos koordinačių sistemoje, kai X ašis yra skersinėje skenavimo plokštumoje, YY ašis skersinėje skenavimo plokštumoje, statmenoje X ašiai, ir Z ašis. statmenai skersinei skenavimo plokštumai.
Aukščiau Erdvinių taškų koordinačių skaičiavimo principas
3D spausdinimo technologija yra spausdinti trimačius objektus, pjaustyti ir tada atstatyti trajektorijos atkūrimą, aukštoje temperatūroje lydantis žaliavas, kad būtų laikomasi trajektorijos krovimo principo atkurti skaitmeninį modelį. 3D spausdinimo technologija pasirodė viduryje{{ 3}} iš tikrųjų yra šviesoje kietėjimo ir popieriaus laminavimo bei kitų technologijų, tokių kaip naujausias priedų gamybos įrenginys, naudojimas. Iš esmės tai yra tas pats darbo principas naudojant įprastą spausdinimą, kai spausdintuvas naudoja metalą, keramiką, plastiką, smėlį ir kitas įvairias medžiagas, tokias kaip žaliavos, prijungtas prie kompiuterio per kompiuterio valdomą pjaustymo trajektoriją, žaliavos sluoksnis po sluoksnio pagal. į iš apačios į viršų kamino trajektoriją, o galiausiai kompiuteris nuskaito skaitmeninį trimatį elektroninį modelį į fizinį objektą.
Antra, techninių pranašumų analizė
Trimatis lazerinis skenavimas pasižymi dideliu greičiu (beveik 1 mln. taškų per sekundę), nereikia liestis su taikiniu (bekontaktinis matavimas), didelis duomenų kiekis, didelis tikslumas ir kitos savybės. Be to, atliekant bekontaktinį matavimą galima gauti didžiulius duomenis apie išmatuojamo objekto paviršių, efektyviai išvengiant kontaktinės žalos kultūros reliktams kultūros reliktų skaitmeninimo procese. Tuo pačiu metu, kad ir kokia sudėtinga būtų išmatuoto taikinio struktūra, jį galima įgyti pagal pirminę išvaizdą. 3D lazerinio skenavimo matavimo tikslumas gali siekti milimetro ar net submilimetro lygį, todėl galima tiksliai užfiksuoti pirminę kultūros relikvijų išvaizdą ir gauti didelio tikslumo 3D suskaitmenintus modelius archyvavimui. Naudojant 3D spausdinimo technologiją, galima nuskaityti po archyvuotų didelio tikslumo suskaitmenintų kultūros reliktų, kad būtų atlikti atitinkami koregavimai ir modifikacijos, 3D spausdintuvų naudojimas modeliui spausdinti, o vėliau modelio poliravimas, dažymas ir kitoks tolesnis apdorojimas. gauti kultūros relikvijų kopiją. 3D spausdinimo technologija yra modelio privalumas į greitą greitį, didelio tikslumo restauravimo modelis gali būti sklandžiai prijungtas prie lazerinio skenavimo. Todėl trimačio lazerinio skenavimo ir 3D spausdinimo technologijos derinys, naudojamas kultūros relikvijų skaitmeninimui ir restauravimui, turi unikalų pranašumą.
Trečia, pagrindinis procesas
Šiuo metu pagrindinė plėtros tendencija yra trimačio lazerinio skenavimo ir 3D spausdinimo naudojimas, siekiant padėti skaitmeninti kultūros reliktus ir atkurti lauką. Matuojamas taikinys turi mažą atstumą, aukštus tikslumo reikalavimus, taikomus kultūrinių reliktų apsaugai trimatis lazerinis skenavimas dažniausiai parenkamas rankinis arba stacionarus ir fazių skirtumo principu, norint gauti prietaiso taikinį. Pagrindinis procesas daugiausia apima tikslinį diegimą, duomenų gavimą, modelio sujungimą, modelio apdorojimą, modelio pjaustymą, 3D spausdinimą ir kitus aspektus, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Paimkite Zhaozhou tiltą kaip pavyzdį, kad parodytumėte proceso eigą įvairiuose etapuose.
3.1 Taikinio klojimas
Aplink tiltą tolygiai išdėstykite sferinius taikinius, tarp dviejų gretimų stočių ne mažiau kaip 3 taikinių poras. 3 poros sferinių taikinių yra išdėstytos skirtinguose aukščiuose, išskirstytos taip, kad jie nebūtų dedami į tą pačią tiesią liniją, kad vėliau nebūtų galima rasti pagrindo lygiuoti gretimus duomenis tuo pačiu pavadinimu.
3.2 Duomenų gavimas
Pasirinkite tinkamą kampą, sukonfigūruokite trimatį lazerinį skaitytuvą su stotele, nustatykite įrenginio skenavimo skiriamąją gebą ir fotoaparato fotografavimo būdą, valdykite skenavimo laiką ir atlikite 360 laipsnių nekryptinį taikinio nuskaitymą. Taikinio nuskaitymas baigtas, patikrinkite taikinio rutulio nuskaitymo tikslumą, patvirtinkite, ar jis atitinka paviršiaus taško debesies naudojimo sąlygas, kad atitiktų sferines koordinates, jei tikslumo nepakanka, turite atlikti didelės skiriamosios gebos kryptinį nuskaitymą. sferinis taikinys. Pakartotinai tikrinkite, kol bus įvykdytos sferos centro įrengimo sąlygos.
3.3 Modelio sujungimas
Pagal lazerinio skenavimo veikimo principą kaimyninių stočių gauti duomenys yra skirtingose nepriklausomose koordinačių sistemose. Norint suvienodinti kelių stočių duomenų koordinačių sistemą, reikia naudoti ICP principą ir kitus susijusius algoritmus, tai yra, apskaičiuojant gretimų stočių debesies duomenų sukimosi matricą, kad būtų užbaigtas modelio derinimas ir gautas visas taškas. tilto korpuso debesies modelis.
3.4 Modelio apdorojimas
Pašalinus triukšmą, supaprastinus, suskaidžius ir ištraukus tilto korpuso taškų debesies modelį, gautą po išlyginimo, paviršiaus duomenys modeliuojami ir rekonstruojami, o modelio rekonstrukcijoje paprastai pasirenkamas taškų debesies panaudojimo būdas tinkleliui sukurti. lenktoms kultūros reliktams. Šis metodas pasižymi dideliu tikslumu, geru paviršiaus pritaikymu ir dideliu automatizavimu. Rekonstruotas tilto tinklelio modelis apdorojamas lupimo, skylių užpildymo, tinklelio remonto, lyginimo, aštrinimo, tekstūros kartografavimo ir kt. būdu, siekiant gauti skaitmeninį trimatį elektroninį tilto modelį ir jį archyvuoti bei išsaugoti duomenų bazėje.
3.5 Modelio pjaustymas ir 3D spausdinimas
Naudojant 3D spausdinimo technologiją, archyvuotas didelio tikslumo suskaitmenintas elektroninių kultūros reliktų modelis yra atitinkamai koreguojamas ir modifikuojamas, o kompiuteris naudojamas modelio pjaustymui, spaudinio atkūrimo trajektorijos skaičiavimui, G kodo generavimui. Atsižvelgiant į kultūros relikvijų medžiagos tipą, kad būtų galima pasirinkti tinkamą 3D spausdintuvą ir žaliavas, G kodo įvestį į 3D spausdintuvą, spausdintuvas naudoja purkštuką aukštoje temperatūroje tirpstančias žaliavas, kad galėtų sekti sluoksnių klojimo principo trajektoriją. skaitmeninis modelis atkuriamas kaip tikras. Fizinis objektas gali būti naudojamas nekilnojamosioms kultūros relikvijoms, sugadintai restauravimo daliai, taip pat gali būti naudojamas ekspozicijos lankymui vietoje tikrų kultūros relikvijų.
Žemiau pateikti Zhaozhou tilto etapinio proceso rezultatai.
3.6 Papildomas duomenų atkūrimas
Nuskaitant stacionariu 3D lazeriniu skaitytuvu, neišvengiamai atsiras duomenų spragų, o duomenų trūkumas apsunkins skaitmeninių modelių kūrimą ir 3D spausdinimą. Tokias problemas galima išspręsti dviem būdais. Vienas iš jų yra be vienkartinio nuskaitymo su stoties naudojimu, naudojant rankinį 3D lazerinį skenavimo sinchronizavimą, nuskaitymo kampo problemas, atsiradusias dėl duomenų spragų, galima papildyti rankiniu skaitytuvu, lanksčiu ir patogiu. Kitas – duomenų apdorojimo metu trūkstamų duomenų papildymas ir taisymas, įskaitant tinklelio optimizavimą, skylių užpildymą, lyginimą ir galandimą bei kitas priemones. Tarp jų svarbiausias yra skylių užpildymas, įskaitant kreivumą, liestinę, plokštumą, vidines skyles, ribines skyles, tiltus ir daugelį kitų metodų. Palyginti su tradiciniais atkūrimo metodais, trimačiu lazeriniu skenavimu, kad gautumėte didelio tikslumo duomenis, galite sukurti tikroviškesnį skaitmeninį trimatį modelį, naudodami programinę įrangą virtualiam atkūrimui, kad būtų galima gauti įvairius atkūrimo efektus nei atranka, kaip pagrindas tobulinti realią atkūrimo programą. Virtualus restauravimas daugiausia apima kultūrinių relikvijų medžiagų kūno spragų užpildymą, dažymo taisymą, tekstūros atkūrimą ir pan. Po remonto modelis tampa lygus ir lygus bei aiškūs kontūrai.
Išvada ir perspektyva
4.1 Išvada
Derinant trimatį lazerinį skenavimą ir 3D spausdinimo technologijas, aprašoma dabartinė kultūros relikvijų apsaugos ir restauravimo situacija, veikimo principas, pagrindinis procesas ir jo privalumai. Trimačio lazerinio skenavimo kultūros relikvijų taisymas ne tik atkuriamas itin tiksliai, bet ir leidžia efektyviai išvengti antrinės kultūros reliktų žalos kultūros relikvijų skaitmeninimo procese. Procesas turi unikalių pranašumų kultūros relikvijų apsaugos ir restauravimo srityje ir gali išspręsti tradicinių kultūros reliktų skaitmeninės informacijos išsaugojimo ir tikslaus problemos atkūrimo problemą. Šiuo metu Dunhuang Mogao Grottoes skulptūra nuosekliai naudoja lazerinį skenavimą ir 3D spausdinimo technologijas, kad būtų pasiektas skaitmeninis kultūros reliktų archyvavimas ir kultūros relikvijų atgaminimas, technologija palaipsniui bręsta, proceso įvairovė palaipsniui tobulinama.
4.2 Outlook
Šiuo metu toliau spręstinos problemos yra 3D spausdinimo žaliavų įvairinimas, 3D spausdintuvo purkštukų skaičius ir 3D spausdinimo apimtis, siekiant dar labiau pagerinti 3D spausdinimo efektyvumą ir praktiškumą. Tuo pačiu metu lazerinis nuskaitymas kartu su 3D spausdinimo technologija gali būti integruotas į hiperspektrinę technologiją, remiantis lazeriniu skenavimu, didelio tikslumo modelių nuskaitymu lazeriu ir didelio tikslumo tekstūra, gauta integruojant fotogrametriją iš arti, galite suprasti. kultūros relikvijų modelis ir didelio tikslumo dvigubo restauravimo ir remonto spalva, kuri turi didelę praktinę reikšmę kultūros relikvijų apsaugai ir restauravimui. Nuskenavus skaitmeninį archyvą elektroninio taškinio debesies kultūros reliktų modelis gali būti saugomas duomenų bazėje, naudojant internetą ir debesų saugojimo technologiją, kartu su virtualios realybės VR technologija, sukurti internetinį skaitmeninį muziejų, kad turistai galėtų būti realizuojami neišvykdami. namuose, kad galėtumėte naršyti internete. Kultūros relikvijų 3D spausdinimas taip pat gali būti naudojamas realiai eksponuojant kultūros relikvijas ir susijusias švietimo temos pramonės šakas. Didelę reikšmę turi šios technologijos populiarinimas ir pritaikymas.
