Artec Eva为世界最古老的犹太教堂完成500年历史的数字化

作者Svetlana Golubeva

挑战:为世界上最古老的犹太教堂曼图亚约柜制作超高品质3D扫描,用于耶路撒冷的纳汉意大利犹太艺术博物馆访客3D交互亭和虚拟网络展。

解决方案:Artec Eva, Artec Studio, Autodesk Memento, Atangeo Balancer, Meshlab, Adobe Photoshop

成果:通过Artec Eva制作出一款细节丰富、效果出色的交互式3D模型,现在,无论是线上还是线下,博物馆访客都能近距离观察与探索。

曼图亚摩西五经约柜是耶路撒冷纳汉意大利犹太艺术博物馆中最珍贵、最惊艳的展品之一。这款设计独特的木制约柜是为了容纳神圣的摩西五经卷轴,于1543年由意大利曼图亚最优秀的工匠制作而成,这款独特的木质约柜还饰有原始镀金雕刻,是世界上最古老的约柜之一。它的风格与圣经中耶路撒冷的圣殿风格相呼应,据说,该圣殿曾放置过Ark of the Covenant约柜。它的外形就像一座建筑,还有圆柱和柱顶等建筑元素。

建成至今,曼图亚约柜经历了多次改造。最后一次是在二战后,由于犹太人逐渐减少,约柜被运到耶路撒冷,并安放在目前的地点。之后,约柜进行了大面积翻新、维护和修复,使其恢复了您现在所见到的完好状态。

然而,对于博物馆线下和线上的参观者来说,约柜的重要意义和特征等历史信息几乎未知。其大小和所处的位置不便近距离仔细研究,甚至视线范围内的特征也无法品鉴。

约柜最早所处的曼图亚Scola Grande犹太教堂。纳汉博物馆提供的20世纪初期照片。

2015年,纳汉博物馆发起了一个项目,旨在讲述约柜在意大利犹太人生活中的故事、演变及历史意义。Mantua in Jerusalem网站描绘了曼图亚犹太社区的历史、生活和文化,以及约柜对一代又一代人的重要影响。

正因如此,博物馆决定开始进行一项雄心勃勃的项目– 3D扫描这个约柜,让无论线上还是线下的参观者都能全角度欣赏。

约柜光泽、对称、有规律的图案[Moshe Caine教授供图]

由于约柜的大小、几何以及纹理较为复杂,所以曼托瓦约柜的扫描面临一些挑战:

  • 约柜的位置——极其复杂,有不少表面,无法通过肉眼看到。此外,约柜靠近墙壁,几乎没有空间让扫描设备工作,也无法将扫描仪放置在特定角度,来采集被挡住的区域。
  • 纹理。约柜最早是木制的。不过现在整个表面都覆盖了一层光滑反光的金箔,这对任何3D扫描仪而言都是很难捕获的。扫描前涂抹消光粉末的做法,既不现实,也不允许。但即便涂了,约柜的表面效果也会大打折扣。
  • 第三,约柜的位置情况复杂,图案不断重复,这就使多份扫描的对齐和融合变得更复杂。
  • 最后,约柜尺寸(超过3米高)也加大了扫描难度。

评估其复杂性后,很明显,要用最强大的工具对约柜进行数字化处理,于是博物馆找到了Artec 3D在特拉维夫的金牌合作商Caliber Engineering and Computers Ltd。当时Caliber的负责人Zvi Grinberg立即参与了这个项目。该项目与公司平时接手的技术工程CAD项目截然不同,他意识到该项目对专业能力提出了挑战,具备独特的文化价值,他愿意免费承接这项工作。

用Artec Eva扫描仪扫描约柜[纳汉博物馆供图]

仔细查看约柜后,Caliber团队认为Artec Eva是最适合该项目的扫描仪。这款结构轻巧的3D扫描仪被称为“手持式扫描仪中的战斗机”,擅长捕获大中型物体,准确度高达0.1毫米,分辨率出色,黑色、反光表面也能胜任,超过了市场上的其他扫描解决方案。此外,扫描仪质量轻巧,处理迅速,所以,如果需要在极不理想的扫描环境中捕获各种历史文物、雕塑和古迹,不管是晴天户外还是昏暗的博物馆中,这款设备都很给力。

扫描流程

为了从零开始捕获约柜,方便扫描团队接触约柜顶部,博物馆内搭建了特殊的脚手架。Eva通常扫描中型物体,所以捕获如此庞大的物体绝对是项挑战。团队三天花了15个小时完成扫描,随后又花了几小时对多个扫描进行对齐、清理、融合。整个过程总包含78次单独扫描。最终模型超过700 MB,包含超过1600万个多边形。

约柜顶部扫描 [纳汉博物馆供图]

“尽管约柜很大,但多亏它的纹理和几何,我们第一次尝试,Artec Eva就实现了良好的效果。扫描后,我们可以使用Artec Studio软件在办公室完成所有工作,不用返回进行其他扫描或修复。” Caliber Engineering首席执行官Guy Engel说道。

Artec Studio中预览效果 [纳汉博物馆供图]

初始处理后,Caliber团队在保持原始扫描品质的同时缩小了文件,并完善了3D模型以用于公开展览。这时, Caliber把文件发送给耶路撒冷哈达萨学术学院摄影传播系的Moshe Caine副教授。 Caine教授在文化遗产保护领域的3D扫描和摄影测量解决方案方面拥有丰富的知识和经验,他修改的约柜3D模型精美绝伦。

Caine教授的数据处理流程

Caine教授的扫描处理流程如下:

使用Autodesk(测试版)Memento软件微调和清理网格的细小缺陷。

添加后墙和地板。由于约柜安装在博物馆墙上,因此无法扫描约柜的背面和底面。与其进行错误的渲染,不如通过计算机生成简单的墙面和地板,再添加至模型。

纹理贴图的图像处理。尽管扫描阶段做了细致的工作,但仍然存在一些小缺陷,约柜颜色的重建也不够准确。随后用DSLR尼康相机再次拍摄,并将校正后的表面融合到原始UV贴图中。为此还测试了多种方法,包括:

  • 在Meshlab中对栅格进行参数和纹理处理。
  • 将贴图导出为PSD(Photoshop)文件,在Photoshop中修正,然后重新导入并导出校正后的模型。
  • 在Photoshop中打开OBJ文件并直接在纹理层上操作。结合上述技术,反复处理直到获得满意效果。
  • 将真实约柜作为参照,使用Photoshop软件在最终的纹理贴图上进行颜色修正。

在扫描了几十件历史文物后,Caine教授详细解释了他在3D扫描和处理工作流程中所采用的方法:

“最主要的一条建议(适用于3D扫描文化遗产)就是:小心谨慎,不要着急。尽可能接近扫描对象。使用大量柔和光线。记住这句话:“输入错误数据,输出错误数据。”要想最终效果好,前期的质量以及耐心也很重要。

Sketchfab上Caliber & Moshe Caine制作的曼图亚约柜

Caine教授认真完成扫描处理后,最终模型被上传到纳汉博物馆网站Mantua in Jerusalem,以供欣赏,这家博物馆专门用于展览曼图亚犹太人的艺术。此外,约柜边安装了带触摸屏的信息亭,博物馆参观者可以从各个角度查看宏伟的历史展品,放大缩小以检查每个细节,最重要的是,可以通过热点立即查询到历史文物各个方面的相关信息。

大家对该模型的总体反馈还是相当积极和热情的。根据博物馆的工作人员和Caine教授的说法,能够近距离、全方位地探索约柜,大家都很高兴。这是3D模型的魔力,2D图像甚至是像曼图亚约柜一样的庞大对象通常无法与之相提并论。该项目形象生动地解释了3D扫描技术如何改变我们的感知方式,以及如何保护文化遗产。

16世纪,曼图亚犹太社区的公民和成员甚至都无法想象,他们的后代有一天可以看到犹太文化的标志性文物,哪怕已经过了500年,他们还能足不出户,360度近距离探索这件文物。