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露天博物馆借助Artec Leo与Ray II扫描仪迈入3D数字化时代

挑战:位于波兰罗兹(Łódź)的考古与民族博物馆需安全高效地数字化多个文化遗产,包括一座中世纪堡垒及其内部所有文物。核心目标是通过高质量数字孪生,以实现存档保存,同时提供3D可视化以支持虚拟现实(VR)、教育与研究。

解决方案:Artec Leo, Artec Ray II, Artec Studio, Blender, ZBrush

效果:完成堡垒、建筑群、文物及广阔地貌的全彩高精度3D模型,可应用于教育展示、沉浸式VR体验及数字展览。

为何选择Artec?:Leo与Ray II的组合兼顾细节与广度。Leo捕捉小型文物精细纹理,后者覆盖大范围场景。高速扫描、毫米级精度、扫描仪无缝协作,再加上3D Master团队的专业经验,确保高效流程与卓越成果。

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Artec Ray II在波兰图姆(Tum)准备扫描堡垒。3D Master供图

如何让民族博物馆的体验令人叹为观止?进入某处,看到每件家具、每件日常用品、每座大大小小的建筑都承载百年历史时,你会不由自主地感到自己仿佛置身于古老城镇。如今,设想一下,无论身处世界何地,足不出户即可“穿越”至波兰文化遗产中,探索先民的生活细节。这种体验已成为现实,这要归功于 Artec 3D 大使与波兰罗兹考古与民族学博物馆的合作。

数字时代的遗产保护

博物馆成立于1918年,收藏了大量考古、民族学和钱币学相关的藏品。为与时俱进,博物馆紧跟技术潮流,并应用现代技术实现文化遗产的存档与保护。博物馆曾举办“MuzeOn”保护技术研讨会,并邀请了Artec波兰金牌代理商3D Master展示其专业技术和扫描设备。博物馆对此感到十分惊艳,最终决定对其户外展品进行全面数字化,包括中世纪堡垒与大型建筑群。3D Master 团队积极投身于这一任务,致力于打造数字化遗址,用于可视化、动画制作和虚拟漫游。

位于Kwiatkówek的民族建筑群包含多样结构:黏土民居、地窖、陶窑、面包炉等。部分为19世纪末至20世纪初的复刻建筑,亦有1820年的风车、20世纪油坊(内含更久远的构件)及20世纪初铁匠铺等珍贵原迹。室内陈设还原了战间期乡村家庭场景,辅以手工艺工作坊,吸引大量游客。

而图姆的堡垒为人们提供了了解该地区中世纪遗产的窗口。这座古老的聚落可追溯到中世纪早期,仍保留着防御工事的遗迹,包括土垒和防御结构。不言而喻,面对如此多样的扫描对象,该项目既需要专业的技术,也需要合适的工具。

选对方案,配对团队

尽管博物馆已使用Artec Space Spider处理小型项目,但全面数字化需更高阶的方案。3D Master选择搭载远距LiDAR设备Artec Ray II与AI驱动的无线扫描仪Artec Leo,以便完整捕捉展品,并打造融合室内外空间的数字博物馆。

这两款扫描仪在多个应用领域的结合使用均表现优异,尤其是在遗产保护方面。Ray II 和 Leo 的完美组合可以 3D 扫描整个文化遗址,无论是精致的物件还是如城堡、教堂等宏伟建筑。这些设备可灵活扫描各类对象,帮助专业人士细致呈现装饰性元素和完整的历史建筑,且设备之间协作顺畅。

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露天博物馆扫描现场。3D Master供图

“Leo的无线便携性是一大优势——无需电源线、不受光照条件影响,且操作时无需连接笔记本电脑。”3D Master技术总监Rafał Wypysiński解释道,“这款设备扫描速度快,适用于户外环境,既能处理大面积区域,也能精细捕捉小型部件。此外,它还能轻松快速地整合不同扫描仪的数据,最终呈现出令人惊艳的成果。”

团队首先用Ray II从60多个点位扫描建筑外观,同时以Leo捕捉室内精细部件。Karol Komorowski 负责移动和操作 Ray II,同时,Piotr Wieczorek 使用 Leo 捕捉展品中更精细的小元素。短短一天内,团队从一处切换到另一处,成功扫描了堡垒、铁匠铺,以及博物馆建筑内部的所有房间以及露天展区的所有展品。返回办公室后,专家们将数据导入 Artec Studio,利用整体配准对齐扫描数据,生成三角网格,创建初步的3D模型。

看似理想的天气条件对扫描作业并非全然有利:强烈日照与强风为团队带来了额外挑战。他们需校正纹理差异,并在三脚架架设Ray II时确保设备稳固。尽管如此,3D Master仍高效完成任务,更通过实验对比了Ray II与Leo的纹理输出效果。至此,项目正式进入收官阶段——数据处理。

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壁画较小元素的色彩捕捉效果对比:Artec Leo(左)与Ray II(右)。3D Master供图

从数据处理到沉浸式体验

Leo 采集的高分辨率数据非常适合精细化处理复杂的建筑细节,而 Ray II 则善于更大范围区域的扫描。Artec 金牌认证 3D 扫描专家 Piotr Wieczorek 表示:“当两组数据准备就绪后,我们合并点云,融合两台扫描仪的数据,最终生成网格模型。这种方法的优势在于,既能通过 Leo 呈现微观细节的高清精度,又能借助 Ray II 高效捕捉建筑群等宏观场景。整个工作流程非常流畅,电脑内存容量是唯一需要应对的问题。”

在Artec Studio完成基础数据处理后,3D Master团队进一步运用Blender和ZBrush等专业工具,以实现更精美的可视化和动画效果。团队平面设计师Agata Jochimek利用这些软件对模型进行优化,修复细微瑕疵,创建水密网格。对选定区域进行 UV 映射和纹理优化,使最终模型栩栩如生,非常适合 VR 漫游、宣传等场景。

Wypysiński 坦言:“我们面临的另一重挑战源自工程师的思维定式——在纹理处理和模型渲染时,我们的视角与艺术设计存在天然差异。虽然五年前团队接受了ZBrush专业培训,但在没有专职视觉设计师的情况下,要在技术精确性与艺术表现力之间找到平衡点,始终是个难题。”

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不同处理阶段应用纹理前后对比。3D Master供图

难忘的体验

对3D Master团队而言,这个项目无疑是一次突破常规的尝试——他们跳脱了逆向工程等技术应用的常规业务范畴。面对涵盖中世纪堡垒、铁匠铺以及文物陈列室等多样化结构的整馆扫描任务,团队视之为一次令人振奋的技术攀登。经扫描还原的室内场景呈现出惊人的清晰度,其逼真程度堪比影视级画面。正如Piotr Wieczorek所言,这种能让观者360度自由探索的沉浸式扫描成果,为项目赋予了超乎寻常的成就感。

除却视觉呈现上的完美表现,这项高效完成的任务更为客户节省了大量资源。“时间效率是另一个关键优势,”Wypysiński总结道,“若想达到同等的细节精度与质量标准,传统方法往往耗时冗长。而现在,借助双扫描仪的协同作业与团队的高效配合,我们仅用8-9个工时便完成了全部扫描工作。这种速度与效率的提升,无论对我们团队还是正在考量扫描设备采购的潜在客户而言,都具有显著的示范价值。”

工程与艺术的结合:赋能博物馆未来

在业务拓展过程中,3D Master 首席执行官 Rafał Lis 和他的团队发现,客户不仅期待出色的扫描结果,还对这项技术的更多可能性充满好奇。

对于博物馆而言,3D 扫描的应用前景几乎是无限的。“这是一个绝佳的机会,得以窥见往昔生活的真实样貌,”Karol Komorowski说道,“通过扫描,我们既能展现民居内部的完整场景,又能细致呈现铁匠铺的每个细节——从铁锤、车轮到各类工具,所有物件都纤毫毕现。如此全面的空间捕捉能力实在令人惊叹。”最终生成的3D模型为博物馆官网提供了优质的展示内容,势必会吸引更多人前来参观。

随着项目持续推进,3D Master团队正筹备在行业峰会上展示最终成果。这些成果生动诠释了专业技术、工程精度与艺术加工的三重融合如何重构3D扫描应用的新基准。该团队创建的3D项目将成为全球博物馆的灵感典范,充分展示了沉浸式、教育性与视觉震撼力兼备的3D体验所能达到的新高度。

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