三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用

韓佳榮

摘要：隨著三維掃描技術(shù)上的持續(xù)發(fā)展，三維掃描技術(shù)上的實際應(yīng)用范圍和攜帶方便逐步進(jìn)一步提高。在文物保護(hù)專業(yè)領(lǐng)域，三維掃描儀科學(xué)技術(shù)也具有關(guān)鍵的實際應(yīng)用。正文正式介紹了三維掃描儀技術(shù)上的基本原理及其在文物保護(hù)專業(yè)領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。由于珍貴文物的主體多元化和掃描技術(shù)上的限制，在使用三維掃描系統(tǒng)時有可能出現(xiàn)偏差問題，需要對相等的珍貴文物進(jìn)行模擬- 數(shù)字轉(zhuǎn)換器處理，同樣還應(yīng)選擇可適用的掃描固定設(shè)備。

關(guān)鍵詞：三維掃描技術(shù);文物保護(hù);實際應(yīng)用

1.??? 前言

立體三維激光掃描是工業(yè)設(shè)計和制造業(yè)專業(yè)領(lǐng)域中的一項先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。隨著光學(xué)系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)和信息處理系統(tǒng)的輔助技術(shù)的蓬勃發(fā)展，立體三維激光掃描在準(zhǔn)確率，平均速度和數(shù)據(jù)采集方面取得了上漲。隨著現(xiàn)代歷史博物館的持續(xù)發(fā)展，數(shù)字信號數(shù)學(xué)建模科學(xué)技術(shù)已被實際應(yīng)用到珍貴文物的虛擬環(huán)境展示中，作為歷史博物館數(shù)字化的不可或缺組成部分，人們對珍貴文物的數(shù)字技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查研究，妥善保護(hù)和修復(fù)。立體三維激光掃描科學(xué)技術(shù)在文物保護(hù)和修復(fù)中的實際應(yīng)用對臨摹，展示具有普遍而重要的參考意義。

2.??? 立體三維掃描技術(shù)的一些分類和選擇

隨著科學(xué)技術(shù)持續(xù)不斷上漲，信息處理系統(tǒng)的也在開拓創(chuàng)新，與此同時，立體三維信息采集科學(xué)技術(shù)也應(yīng)運而生。目前，按照被掃描物體的分類法，立體三維掃描科學(xué)技術(shù)可以分成接觸掃描技術(shù)和非接觸掃描技術(shù)。根據(jù)掃描期間媒介的各不相同，三維掃描儀科學(xué)技術(shù)可以分為激光掃描科學(xué)技術(shù)和非激光掃描科學(xué)技術(shù)。三維掃描技術(shù)可以分為lnspeck彩色三維掃描技術(shù)和普通的掃描技術(shù)。從其稱號說明了，接觸式立體三維掃描技術(shù)需要接觸要掃描的物理對象，而非接觸式立體三維掃描技術(shù)則不需要。為了進(jìn)一步有效保護(hù)珍貴文物，在掃描過程當(dāng)中切勿身體接觸文物。因此，主要的使用非接觸式掃描技術(shù)，并且采用三維掃描儀工程技術(shù)。另外，在掃描珍貴文物時，不僅需要進(jìn)一步掌握珍貴文物的立體三維信息處理，而且還需要了解珍貴文物外部的材質(zhì)和質(zhì)地的整體統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因此，在文物保護(hù)中，lnspeck彩色三維掃描科學(xué)技術(shù)主要用于減輕工作負(fù)載，進(jìn)一步提高工作效率。

3.??? 立體三維技術(shù)的一些特點和原理

三維掃描科學(xué)技術(shù)主要建立于主動光學(xué)系統(tǒng)基本原理，結(jié)合莫爾條紋法等科學(xué)技術(shù)。在使用三維掃描科學(xué)技術(shù)掃描珍貴文物時，珍貴文物的表面需要能夠散射掃描系統(tǒng)發(fā)出的光，以便獲得精確的掃描最終結(jié)果。從理論上講，最理想的反射面是對珍貴文物的保護(hù)，盡管珍貴文物的表面所用材料很難達(dá)到理想的反射特殊效果，但是，我們還是能看到珍貴文物表面上投射出的黑白質(zhì)地。這樣，三維掃描系統(tǒng)可以精確度地測量珍貴文物。在掃描珍貴文物時，三維掃描技術(shù)通常的將黑白光柵投射在珍貴文物的表面上。傳感器掃描控制系統(tǒng)可以獲得特殊珍貴文物的空間信息和點紋理信息處理，即三維統(tǒng)計數(shù)據(jù)的顏色信息處理。激光主要用于獲取被掃描物理對象的模型，并且可以一次獲得一條激光線或激光點的立體三維信息。目前，更先進(jìn)的立體三維掃描科學(xué)技術(shù)已經(jīng)突破了這一瓶頸。一些新的立體三維掃描技術(shù)可以充分利用自然光獲得要掃描的數(shù)據(jù)對象的模型科學(xué)數(shù)據(jù)，并且可以一次掃描獲得珍貴文物表面上點的空間信息，從而進(jìn)一步大大提高有效地利用了掃描時間并以確保了掃描的準(zhǔn)確度和其真實性。

4.??? 立體三維技術(shù)掃描的一些步驟

4.1? 相關(guān)的掃描

采用三維掃描關(guān)鍵技術(shù)掃描珍貴文物時，可以先建立一個掃描系統(tǒng)。一般而言，由于珍貴文物模型對所用材質(zhì)的要求較高，對真實性要求較高，掃描系統(tǒng)提供的光源往往不能使用。目前，為了有效的保證紋理科學(xué)數(shù)據(jù)的真實性，一些高度發(fā)達(dá)的掃描系統(tǒng)會采用自然光進(jìn)行系統(tǒng)掃描，可以更真實地有效地重演模型外部的質(zhì)地科學(xué)數(shù)據(jù)。

4.2? 相關(guān)模型的一些修正

在真實掃描期間過程當(dāng)中，需要將兩個鄰近的掃描模型進(jìn)行堆疊，以獲得盡可能的拼接特殊效果。掃描后，軟件需要進(jìn)行預(yù)處理，刪除非目標(biāo)物理對象原始數(shù)據(jù)，然后進(jìn)一步完成模型拼接、所用材料生成等整個步驟。掃描后，你可以得到每個外部的模型。通常的，組裝好這些模型后，可以將它們放進(jìn)模型中，在頂峰標(biāo)記三對或更多參考點，然后對模型進(jìn)行調(diào)節(jié)和縫合，然后使用軟件進(jìn)行校正。

5.??? 三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的應(yīng)用

當(dāng)前，三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)當(dāng)中的應(yīng)用是非常廣泛的，其信息資料的實現(xiàn)和傳統(tǒng)方法相比較更加迅速以及準(zhǔn)確。這種三維掃描技術(shù)在使用的過程中對于三維立體數(shù)據(jù)方法是比較依賴的。與人工常規(guī)技術(shù)相比較，使用流程比較接近，但是又存在其自身的特點。通常情況下，文物保護(hù)以及加工的工作包含：布局掃描點、現(xiàn)場勘測，設(shè)計勘測平臺，提交數(shù)據(jù)，記錄與掃描信息，信息處理，點云處理，二次掃描以及鑲嵌成像等。在文物保護(hù)現(xiàn)場，對客觀存在的具體地理結(jié)構(gòu)特征，文物的實際情況以及地貌等實施科學(xué)化的分析以及研究，并完成三維激光掃描儀位置的具體安排，在掃描的過程中，一定要防止留下死角。

除此之外，在文物現(xiàn)場實施三維掃描處理時，需要選擇多個角度實施三維掃描處理。比如，如果使用三維激光對于古代建筑文物進(jìn)行掃描，那么可以利用低分辨率的方法來完成地面結(jié)構(gòu)的掃描。但是，對于形狀比較復(fù)雜以及尺寸不大的文物，需要利用點云技術(shù)實施處理。如果在文物保護(hù)場所利用一定的三維掃描技術(shù)，在拍攝照片的過程中一定要使用外部攝像頭設(shè)備進(jìn)行拍攝，那么一定要對這一點進(jìn)行考慮。拍攝的過程中需要在光線比較明亮的環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行拍攝，要防止昏暗的光線或者突然下雷雨等天氣，這樣對于掃描圖像的拍攝效果以及文物保護(hù)的質(zhì)量來講是非常嚴(yán)重的。攝像的過程中一定要在自動曝光的前提之下實施，并且取景一定要在補償正值，曝光以及負(fù)值等三角度的基礎(chǔ)上實施。比如，在兵馬俑文物保護(hù)的過程當(dāng)中，利用Inspeck激光掃描技術(shù)來完成兵馬俑頭部的掃描。特定的掃描過程主要利用彩色掃描工具來完成成像的具體效果。由于彩色掃描設(shè)備本身存在發(fā)黃的光源，并且對于兵馬俑的具體效果要求比較高，因此在掃描的過程中預(yù)先創(chuàng)新系統(tǒng)的具體設(shè)計是非常必要的，并且要自帶光照實施先處理，不能直接的進(jìn)行使用。對頭部圖像的具體三維數(shù)據(jù)要求進(jìn)行考慮之后，使用Inspeck掃描只可以獲得圖像的側(cè)面部分，因此需要重復(fù)多次的掃描，即包含：上下頭部的掃描以及側(cè)面的掃描（8次）等。除此之外，在對于相鄰的零件進(jìn)行掃描時，一定要利用重疊化的數(shù)據(jù)，以使得簡化之后的圖像在拼接的過程當(dāng)中實施一定的技術(shù)處理。三維掃描過程結(jié)束之后，利用Faps系統(tǒng)完成建模的初步處理，并刪除與兵馬俑以及頭部掃描無關(guān)的具體數(shù)據(jù)，然后把三維建模圖像和Em系統(tǒng)相互連接，這樣對于后續(xù)圖像的拼接以及生成處理來講是非常有利的，進(jìn)而可以對此文物進(jìn)行更好的保護(hù)。

6.??? 結(jié)束語

中國人口眾多，中華文化源遠(yuǎn)流長。許多珍貴文物保存了幾千年。珍貴文物是不可再生資源。開挖后怎么穩(wěn)妥存放也是一個根本原因。如今，鑒于三維掃描技術(shù)上的不斷改進(jìn)，它已經(jīng)被實際應(yīng)用到各種it行業(yè)中，當(dāng)然在其他的領(lǐng)域也得到了各種各樣的實際應(yīng)用，進(jìn)一步提高了掃描平均速度、掃描準(zhǔn)確率和固定設(shè)備的攜帶方便。三維掃描工程技術(shù)在文物保護(hù)中得到了各種各樣的實際應(yīng)用。正文探討了三維掃描技術(shù)在文物保護(hù)中的實際應(yīng)用及相關(guān)聯(lián)的工作思路。

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