Kulturminner er landets verdifulle historiske rikdom, historiske forskning, vitenskapelig veiledning og andre aspekter av stor betydning. Men med tiden er skade på kulturminner ofte uunngåelig, som inkluderer både naturlig forvitring av selve relikviene og utilsiktet ødeleggelse.
I april 2019 led Frankrikes Notre Dame de Paris sin verste brann noensinne, med trekonstruksjonen på toppen av kirken fullstendig ødelagt, og etterlot bare steinrester og en enorm mengde skader. Heldigvis ble den digitale 3D-punktskymodellen til Notre Dame elektronisk arkivert før den ble ødelagt, og ga tilstrekkelige og nøyaktige data for å støtte rekonstruksjonen av de skadede delene av Notre Dame, som kan gjenopprettes én etter én basert på eksisterende data.
Laserskanning og digitalisert 3D-arkivmodell kan hjelpe bevaring og restaurering av arv, og sikre ektheten og nøyaktigheten til restaureringen. Relevante forskere oppsummerte bruken av 3D-laserskanner innen beskyttelse av kulturminner i Kina fra aspektene ved teknologiutvikling, arbeidsprinsipp og prestasjoner. Zhang Xiaoqing et al. studerte anvendelsen av 3D-utskrift i rekonstruksjonen av kulturminner fra aspektene ved 3D-laserskanning og modelleringsrelatert teknologi. Denne artikkelen beskriver den grunnleggende prosessen med digitalisering av kulturminner beskyttelse fra synspunktet om kombinasjonen av tredimensjonal laserskanning og 3D-utskrift to teknologier, for å løse de tradisjonelle kulturelle relikvier digitalisering informasjon oppbevaring og nøyaktig restaurering av problemet.
Først prinsippet om arbeid
Laser skanning ved hjelp av ikke-kontakt skanning metode, kan raskt oppnå målet overflaten av massive data, i beskyttelse av kulturelle relikvier har enestående fordeler. Tredimensjonal laserskanning er hovedsakelig gjennom høyhastighets laserskanning målemetoden, i form av en punktsky for å få en rekke geometriske bildedata på overflaten av objektet. Dataene oppnådd ved tradisjonell måling er til slutt todimensjonal form, gjennom tegningene som er presentert. I motsetning til tradisjonelle målinger, innhenter 3D-laserskanning data i en tredimensjonal form, som ikke bare inneholder informasjon om plan posisjon og høyde, men også RGB-farge- og reflektansinformasjon for objektet som testes. Derfor er informasjonen som oppnås ved 3D-laserskanning svært omfattende.
3D-laserskanneren bruker en laser som emitterende lyskilde for å måle objektet i samsvar med en viss horisontal og vertikal skanningsoppløsning, og bruker en berøringsfri metode for å oppnå overflatedataene til det målte objektet. Prinsippet for romlig punktkoordinatberegning er vist i figuren under. Laseren brukes til å oppnå avstanden S fra objektet som skal måles til skanningssenteret, og deretter brukes den presisjonsklokkestyrte koderen inne i enheten til å synkront måle den horisontale skannevinkelens observasjonsverdi og den langsgående skannevinkelobservasjonsverdien til hver laserpuls, og de romlige tredimensjonale koordinatene til det målte punktet kan beregnes gjennom det romlige tredimensjonale geometriske forholdet ved bruk av et linjeelement og to vinkelelementer. X, Y, Z-koordinater til rompunktet. Dataene innhentet ved 3D-laserskanning er vanligvis i et eget koordinatsystem i utstyret, med X-aksen i det tverrgående skanningsplanet, YY-aksen i det tverrgående skanningsplanet vinkelrett på X-aksen, og Z-aksen vinkelrett på det tverrgående skanningsplanet.
Over Prinsippdiagram for romlige punktkoordinater beregning
3D-utskriftsteknologi er å skrive ut tredimensjonale objekter, bruk av skjæring og deretter gjenoppbygge restaurering av bane, høytemperatur smeltende råvarer for å følge prinsippet om banestabling for å gjenopprette den digitale modellen.3D-utskriftsteknologi dukket opp i midten{{ 3}}s er faktisk bruken av lysherding og papirlaminering og andre teknologier som den nyeste produksjonsenheten for additiv. Det er i utgangspunktet det samme arbeidsprinsippet med vanlig utskrift, skriveren bruker metall, keramikk, plast, sand og andre forskjellige materialer som råvarer, koblet til datamaskinen, gjennom den datastyrte skjærebanen, råvarene lag for lag iht. til banen til bunnen-opp-stabelen, og til slutt datamaskinen på skanning av digital tredimensjonal elektronisk modell til et fysisk objekt.
For det andre, analyse av tekniske fordeler
Tredimensjonal laserskanning har en høy hastighet (nesten 1 million poeng per sekund), trenger ikke å kontakte målet (ikke-kontaktmåling), stor mengde data, høy nøyaktighet og andre egenskaper. Blant dem kan ikke-kontaktmåling oppnå massive data på overflaten av det målte objektet, og effektivt unngå kontaktskade på kulturminner i prosessen med digitalisering av kulturminner. Samtidig, uansett hvor kompleks strukturen til det målte målet er, kan det anskaffes i samsvar med det opprinnelige utseendet. Målenøyaktigheten til 3D-laserskanning kan nå millimeternivå eller til og med submillimeternivå, som nøyaktig kan registrere det originale utseendet til kulturminner og oppnå høypresisjons 3D-digitaliserte modeller for arkivering. Bruken av 3D-utskriftsteknologi kan skannes etter de arkiverte høypresisjons digitaliserte kulturminnene for passende justeringer og modifikasjoner, bruk av 3D-skrivere for å skrive ut modellen, og deretter polering, fargelegging og annen etterbehandling av modellen, for å få en kopi av kulturminnene. 3D-utskriftsteknologi er fordelen med modellen til en høy hastighet, modellen av høy presisjon av restaureringen kan kobles sømløst til laserskanning. Derfor har kombinasjonen av tredimensjonal laserskanning og 3D-utskriftsteknologi brukt i digitalisering av kulturminner og restaurering en unik fordel.
For det tredje, den grunnleggende prosessen
Bruken av tredimensjonal laserskanning og 3D-utskrift kombinert for å hjelpe kulturminner med digitalisering og restaurering av feltet er den nåværende mainstream utviklingstrenden. Det målte målet har en kort avstand, høye krav til nøyaktighet, brukt til beskyttelse av kulturelle relikvier av tredimensjonal laserskanning er vanligvis valgt håndholdt eller stasjonsbærende og prinsippet om faseforskjell for å oppnå målet for instrumenteringen. Den grunnleggende prosessen inkluderer hovedsakelig måldistribusjon, datainnsamling, modellskjøting, modellbehandling, modellskjæring, 3D-utskrift og andre aspekter, som vist i figuren nedenfor. Ta Zhaozhou Bridge som et eksempel for å illustrere prosessflyten i ulike stadier.
3.1 Mållegging
Legg sfæriske mål jevnt rundt broen, med ikke mindre enn 3 par mål mellom to nabostasjoner. 3 par sfæriske mål er plassert i forskjellige høyder, forskjøvet for å unngå å plassere dem på samme rette linje, for å unngå å kunne finne grunnlaget for justering av nabodataene med samme navn på et senere tidspunkt.
3.2 Datainnsamling
Velg riktig vinkel, sett opp den stasjonsbærende tredimensjonale laserskanneren, sett opp skanneoppløsningen på enheten og måten kameraet skyter på, kontroller skannetiden og utfør 360 graders ikke-retningsbestemt skanning av målet. Målskanning er fullført, sjekk nøyaktigheten til målballskanningen, bekreft om den oppfyller betingelsene for å bruke overflatepunktskyen for å passe til de sfæriske koordinatene, hvis nøyaktigheten ikke er nok, må du utføre retningsskanning med høy oppløsning av det sfæriske målet. Kontroller gjentatte ganger til betingelsene for montering av sfærens senter er oppfylt.
3.3 Modellskjøting
I henhold til arbeidsprinsippet for laserskanning er dataene innhentet av nabostasjoner i forskjellige uavhengige koordinatsystemer. Det er nødvendig å bruke prinsippet om ICP og andre relaterte algoritmer for å forene koordinatsystemet for multistasjonsdata, det vil si ved å beregne rotasjonsmatrisen mellom skydataene til nabostasjonene for å fullføre modelljusteringen og få det komplette punktet skymodell av brokroppen.
3.4 Modellbehandling
Etter avstøying, strømlinjeforming, segmentering og funksjonsutvinning av punktskymodellen til brolegemet oppnådd etter justering, blir overflatedataene modellert og rekonstruert, og modellrekonstruksjonen bruker vanligvis måten å bruke punktskyen til å konstruere rutenettet for buede kulturminner. Denne metoden har høy nøyaktighet, god overflatetilpasning og høy automatisering. Den rekonstruerte bronettmodellen behandles ved skinning, hullfylling, nettreparasjon, utjevning, skjerping, teksturkartlegging, etc., for å skaffe den digitale tredimensjonale elektroniske modellen av broen og arkivere den og lagre den i databasen.
3.5 Modellskjæring og 3D-utskrift
Ved hjelp av 3D-utskriftsteknologi blir den arkiverte høypresisjons digitaliserte elektroniske kulturminnemodellen riktig justert og modifisert, og datamaskinen brukes til modellskjæring, beregning av utskriftsrestaureringsbanen og generering av G-kode. I henhold til materialtypen for kulturminner for å velge riktig 3D-skriver og råmaterialer, G-kodeinngang til 3D-skriveren, bruker skriveren dysen høytemperatursmeltende råmaterialer for å følge banen til prinsippet om lag-for-lag stabling av den digitale modellen er gjenopprettet til den virkelige varen. Den fysiske gjenstanden kan brukes til ekte kulturminner skadet del av restaureringen, kan også brukes til å besøke utstillingen i stedet for ekte kulturminner.
Zhaozhou Bridge fasede prosessresultater er vist nedenfor.
3.6 Datatilleggsgjenoppretting
Ved skanning med den stasjonsbærende 3D-laserskanneren er det uunngåelig at det oppstår datasmutthull, og mangelen på data vil medføre vanskeligheter ved etablering av digitale modeller og 3D-printing. Slike problemer kan løses på to måter. Den ene er i tillegg til engangsbruken av stasjonsbærende skanning, med den håndholdte 3D laserskanningssynkroniseringen, kan skannevinkelproblemer forårsaket av datagap suppleres av den håndholdte skanneren, fleksibelt og praktisk. Den andre er å supplere og reparere de manglende dataene under databehandling, inkludert maskeoptimalisering, hullfylling, utjevning og skjerping og andre midler. Blant dem er hullfylling den mest kritiske, inkludert krumning, tangent, plan, indre hull, grensehull, brobygging og mange andre metoder. Sammenlignet med de tradisjonelle restaureringsmetodene, gjennom tredimensjonal laserskanning for å oppnå høypresisjonsdata, kan du etablere en mer realistisk digital tredimensjonal modell, bruk av programvare for virtuell restaurering, for å gi en rekke restaureringseffekter enn utvalg, som grunnlag for å forbedre det reelle restaureringsprogrammet. Virtuell restaurering inneholder hovedsakelig kulturelle relikvier materiale fylling av kroppsgap, reparasjon av maling, restaurering av tekstur og så videre. Etter reparasjon blir modellen jevn og glatt og klare konturer.
Konklusjon og prospekt
4.1 Konklusjon
Gjennom kombinasjonen av tredimensjonal laserskanning og 3D-utskriftsteknologi beskrives den nåværende situasjonen for beskyttelse og restaurering av kulturminner, arbeidsprinsippet, den grunnleggende prosessen og dens fordeler. Tredimensjonal laserskanningsreparasjon av kulturminner blir ikke bare restaurert med høy presisjon, men kan også effektivt unngå sekundær skade på kulturminner i prosessen med digitalisering av kulturminner. Prosessen har unike fordeler innen kulturminner beskyttelse og restaurering, og kan løse de tradisjonelle kulturelle relikvier digital informasjon oppbevaring og nøyaktig restaurering av problemet. For tiden skulpturer Dunhuang Mogao Grottoes suksessiv bruk av laserskanning og 3D-utskriftsteknologi for å oppnå digital arkivering av kulturelle relikvier og kulturminner reproduksjon, teknologien modnes gradvis, mangfoldet i prosessen blir gradvis forbedret.
4.2 Outlook
For øyeblikket er problemene som må løses ytterligere diversifiseringen av 3D-utskriftsråmaterialer, antall 3D-skriverdyser og volumet av 3D-utskrift for ytterligere å forbedre effektiviteten og praktiske 3D-utskrifter. Samtidig kan laserskanningen kombinert med 3D-utskriftsteknologi integreres i hyperspektral teknologi på grunnlag av laserskanning, laserskanning av høypresisjonsmodeller og høypresisjonstekstur oppnådd fra nærbildefotogrammetriintegrasjon, kan du realisere modellen av kulturminner og fargen på den høypresisjonsdobbelte restaureringen og reparasjonen, som er av stor praktisk betydning for kulturminner beskyttelse og restaurering. Etter skanning av det digitale arkivet til den elektroniske punktskyen kan kulturminner-modellen lagres i databasen, gjennom Internett og skylagringsteknologi, kombinert med virtuell virkelighet VR-teknologi, for å bygge et online digitalt museum, slik at turister kan bli realisert uten å forlate hjem for å besøke nettsurfingen. 3D-printing av kulturminner kan også brukes til selve utstillingen av kulturminner og relaterte næringer av temaet utdanning. Populariseringen og anvendelsen av denne teknologien er av stor betydning.
