三维扫描解决方案

Artec Point 与 Micro II 双机协作,数字化西班牙珍贵文物,打造线上展厅

作者 Paul Hanaphy

挑战:需对150余件西班牙百年文物进行数字化处理,精度需满足虚拟展览与实体复刻的双重要求。

解决方案:Artec Point、Artec Micro II、Artec Studio、Adobe Photoshop

效果:成功生成钱币、针具、陶瓷碎片及雕塑等超高精度三维模型,既可用于即将上线的线上虚拟展览,也可通过 3D 打印制作复制品,用于教育研学活动。

为何选择Artec 3D:Artec Point 可捕捉极致精细的几何细节,精度与分辨率最高可达 0.02 毫米。这款多功能手持式扫描仪配备三种工作模式,可适配几乎所有扫描场景,快速完成从小型物件到大型器物的扫描工作。Artec Micro II 则可实现全自动全彩色扫描,针对微型物件打造精度达 5 微米的三维模型。

Archeological Museum of Asturias

项目负责人Ramirez 处理 Artec Micro II 采集的扫描数据。阿斯图里亚斯考古博物馆/图

阿斯图里亚斯考古博物馆收藏了西班牙一批极具价值与特色的考古文物,包括钱币、雕像、兵器等众多珍品。

为让更多观众能够接触馆藏文物,博物馆近期委托当地信息技术服务商Digital Fiber Planners的工程师Ramirez 对部分藏品开展数字化工作。尽管全球数字文物保护工作已逐步兴起,但此次任务难度依然不小。

需要扫描的文物距今已有百余年历史,可追溯至一战时期。因此,最大限度降低文物破损风险至关重要。同时,由于运输风险过高,需专程从加那利群岛前往西班牙本土开展项目。

扫描速度、真实还原度与精准度同样是关键。此前使用其他 3D 扫描仪和摄影测量技术,操作流程繁琐、耗时极长。而且,制作出几何精度达标的三维模型同样重要,因为项目计划通过 3D 打印制作等比例复刻品,让观众能前所未有地近距离感受文物。

Archeological Museum of Asturias

用 Artec Point 扫描仪在旋转台上扫描小型文物。阿斯图里亚斯考古博物馆/图

为此,Ramirez联系了 Artec 西班牙官方合作机构Global Geosystems。该公司为项目提供了Artec PointArtec Micro II两款扫描仪:一款保证超高扫描精度,另一款则可对小型物件进行全彩扫描,精准还原细腻的表面纹理。

为虚拟展览采集文物数据

对 150 余件不同形状、不同尺寸的文物进行数字化处理,需要一套灵活适配的方案。凭借Artec Point的高精度与便携性优势,多数文物均由它完成扫描。扫描时,文物放置在贴有定位标记的旋转台上,这些标记能提升扫描追踪效果。将标记贴在台面而非文物上,有效避免了文物受损。

据Ramirez介绍,在此项目中 Point 的扫描速度尤为出色。扫描仪高帧率的特性,即便在快速扫描时也能保证追踪不中断,面对数量庞大、种类多样的馆藏,这一优势十分突出。骨骼、陶瓷残片和雕塑上的细微划痕均可清晰捕捉,确保无一细节遗漏。

针对钱币这类带有微小刻纹的小型物件,则选用 Artec Micro II。自动化流程大幅减少了对文物的直接接触,同时可生成超高精度全彩色模型,最大程度还原真实质感。Artec Spider II虽也能胜任此项工作,但在微小物件扫描领域,Micro II 的性能无疑是同类最佳。

使用 Artec Spider II 扫描的钱币三维模型

Ramirez介绍道:“Micro II 在纹理色彩呈现上效果更佳,在扫描钱币、细针这类微小物件时,成像质量也更出色。使用 Micro II 时,只需将文物固定好,就能大幅降低掉落或破损的风险。若换用其他设备,则需要手动调整多个角度才能采集完整数据。我习惯用 Micro II 处理所有小型文物,直接保存数据,博物馆方面也对这种方式十分满意。

Artec Studio优化处理扫描结果

扫描完成后,Ramirez在Artec Studio中进行数据处理。要生成完整的三维模型,需要从各个角度采集物体数据。Artec Studio 搭载的高级对齐与融合工具,能快速便捷地完成多组扫描数据的拼接。该软件还支持网格简化功能,通过减少多边形数量,让导出的文件体积更小、更易修改。

通过这种方法,Ramirez 能够根据不同用途调整细节层级。博物馆要求提供一个包含 100 万多边形的版本,实现最高保真度,同时还需要约 20 万多边形的轻量版本,以便用于网页浏览。在需要交付 150 件模型的情况下,控制文件大小至关重要,以避免数据规模变得过于庞大。

必要时,可以在 Adobe Photoshop 中进行额外的纹理处理。这些精细的后期优化十分必要,最终生成的模型效果逼真,细节栩栩如生。模型的几何精度也满足 3D 打印需求,博物馆已成功制作出表面复杂、带有孔洞的文物复制品,这类物件以往通常难以数字化采集。

Ramirez补充道:“Artec Studio 给了我很大惊喜,处理所有模型的速度非常快。使用摄影测量法时,需要对齐所有照片,操作繁琐且耗时。Artec Studio 界面友好、简单易用,正是我所需要的。

持续推进:追求更逼真的呈现效果

目前,扫描完成的三维模型正用于搭建线上展示平台,观众可通过虚拟方式浏览阿斯图里亚斯博物馆的馆藏。部分文物模型还将用于 3D 打印,计划制作触感式复制品,用于教育活动,孩子们可以亲手触摸、研究文物复刻品,以全新方式感受历史、走近历史。

Archeological Museum of Asturias

阿斯图里亚斯考古博物馆。维基共享资源AdelosRM/图

Ramirez认为,这项技术在西班牙文化遗产领域拥有广阔的应用前景。西班牙本土的相关机构已开始应用三维数字化技术,而她也希望将这项技术引入自己所在的加那利群岛。“我希望购置一些扫描仪,尝试落地这类项目。”她说,“这里的人还没有看到它的潜力…… 但我认为这只是时间问题。”

展望未来,Artec Studio 中集成的摄影测量功能将进一步简化后续项目。无需在多个软件之间切换,能够在单一环境中将扫描数据与照片纹理相结合,可大幅节省时间并简化数字化工作流程,因此Ramirez十分期待尽快试用这些新功能。

从古代钱币到历经数百年的陶瓷器,阿斯图里亚斯博物馆项目充分证明,Artec 3D 扫描技术让文化遗产以更亲民、更便捷的方式走向大众,以震撼人心的精度保存历史,同时向全球新受众敞开了解历史的窗口。

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