数字化历史瑰宝：Ray II 技术赋能圣母大教堂虚拟重建

加拿大蒙特利尔圣母大教堂。图片使用遵循知识共享许可协议。

漫步蒙特利尔市中心，几乎每次都会邂逅那座著名的圣母大教堂。作为城市最具标志性的景点之一，这座宏伟的新哥特式教堂不仅美得令人惊叹，更像是一部厚重的历史典籍，承载着这座城市的故事。

这座大教堂始建于1656年，正值蒙特利尔建城14年之际。其内部装饰极具历史意义，陈列着描绘关键历史人物的精美画作与彩绘玻璃窗，包括宗教先驱玛格丽特·布尔乔亚（Marguerite Bourgeoys）和蒙特利尔建城者保罗·德·梅索内夫（Paul Chomedey de Maisonneuve）。

毫无疑问，圣母大教堂已成为蒙特利尔热闹街区中一处珍贵地标，至今仍为这座现代化城市增添独特的历史韵味。然而与众多历史建筑一样，持续维护修缮是不可或缺的。自2020年以来，修复工程已全面展开，涵盖外立面石材结构、防水系统及钟楼等关键部位的保护性修复。

随着时间流逝，全球各地的历史遗迹都面临着日益严峻的保护挑战，越来越多人开始依赖三维扫描技术进行数字化遗产保护。然而，要完整捕捉一个区域或建筑，实际操作困难许多。热门景点通常人流密集，游客的存在会遮挡建筑，三维扫描仪和其他数据采集设备难以获取清晰视图。同时，此类建筑往往体量庞大，需要一套超高速、性能强大的数字化解决方案。

Artec Ray II 对圣母大教堂外立面进行三维扫描。Solidxperts 供图。

此时，Artec 的金牌认证合作伙伴Solidxperts登场。团队刚收到全新的Artec Ray II扫描仪时，便希望通过实际项目来验证设备在建筑捕捉方面的性能，而圣母大教堂无疑是最理想的测试对象。这项数字化工程不仅有助于为后世保存这份文化遗产，也能全面展现 Ray II 在大规模扫描中的卓越表现。

捕捉加拿大皇冠上的明珠

当 Solidxperts 团队抵达圣母大教堂开展扫描工作时，他们立即意识到自己面临着环境与作业规模的双重挑战——现场人流如织，教堂本身规模宏大。在加拿大的刺骨严寒中，完整采集所有细节可能需要耗时数日。

而Ray II扫描仪使数据采集工作变得高效、便捷且操作直观。该设备配备集成显示屏，无需连接笔记本电脑即可完成设置，并支持通过Artec Remote应用程序进行远程操控。在这一项目中，团队在约 25 个位置进行了扫描，多角度完整获取了大教堂的三维数据。Ray II搭载的视觉惯性系统（VIS）在空间定位导航中发挥了关键作用，扫描过程不会遗漏任何一个标志性特征或细节。

Solidxperts 在 Artec Studio 中的三维扫描画面。Solidxperts 供图。

圣母大教堂周边不仅有教堂本体，还矗立着蒙特利尔创建者的雕像，整个区域遍布具有历史价值的文物。为了确保这些内容同样被完整捕捉，团队将 Ray II 围绕纪念碑呈环形布置，从不同角度进行扫描，以高达每秒 200 万点的速度采集所需数据。仅耗时数小时，团队便成功构建出完整的三维数据集，扫描质量令所有成员倍感振奋。

“我们的扫描结果令人惊叹，”Solidxperts 增材制造与三维扫描部门总监 Alexandre Gosselin 表示，“我们采集的建筑大约有 30 层楼高，外立面是玻璃幕墙，带来了巨大挑战。虽然有些窗户没有完美呈现，但你可以看到圣母大教堂的建筑全貌，甚至清晰还原了周边街道的细节特征。我们是在 100 多米之外采集的，Ray II的远距离扫描能力确实令人惊叹！”

Artec Ray II 对蒙特利尔创建者雕像进行三维扫描。Solidxperts 供图。

打造沉浸式三维模型

数据处理在Artec Studio中进行。Solidxperts 团队在该软件中对扫描数据进行了清理、对齐与融合，生成了一份细节丰富的三维网格模型。Ray II 独特的“双重扫描”算法有效去除了行人等动态干扰物。Gosselin指出，设备采用的无线设计配合长效电池，采集过程异常便捷。Artec Studio 中的离群点去除和橡皮工具在后期处理时仍然发挥了重要作用，无需借助第三方软件就能对模型进行精细化打磨。

最终生成的模型逼真到令人难以置信，Solidxperts 团队甚至认为，未来完全可以用同样的方法打造具备深度信息的三维模型，用于虚拟现实应用。为了获得更多细节，他们可以利用 Artec Studio 的多分辨率融合功能整合多个三维扫描数据集，或借助 AI 摄影测量技术，将无人机拍摄的图像或视频转化为高分辨率建模数据。

“我确实可以使用无人机，但在蒙特利尔，城市空域对无人机飞行有很多限制，所以我需要确认是否能飞，”Gosselin 补充道。“我们也可以用 Leo 对雕像的某些部位进行补充扫描，获取更好的细节表现，再将这些数据与 Ray II 的数据一并导入同一数据集中。Leo 和 Ray II 搭配使用可以非常高效地采集丰富数据，我认为它们在这一领域有着巨大的应用潜力。”

Artec Studio 中的蒙特利尔创建者雕像三维模型。Solidxperts 供图。

与市场增长同频共振

Artec 3D扫描技术目前已在全球文化遗产保护领域实现规模化应用。依托完善的国际合作伙伴体系，该技术已成功完成从卢森堡历史建筑到探索频道纪录片中珍贵文物的数字化工作，通过高精度三维建模实现了文化遗产的数字化永久保存。

在众多案例中，这些数字化项目通常结合使用 Artec 手持扫描仪、激光雷达（LiDAR）以及摄影测量技术来实现。而如今，Solidxperts 也注意到，建筑与施工领域对这一类解决方案的需求正在迅速增长，在这些行业中，全面细致的场景捕捉对于项目规划、分析和后期改造而言至关重要。

“目前，我们Ray II的主要客户需求集中在建筑领域，”Gosselin 总结道，“我们正在推进一个典型项目，一位客户希望为机械作业区域搭建工作平台。现场有大量管道、小型部件和工业设备，我们的目标就是原样扫描整个作业环境，包括所有管道、电缆和设备。之后只需将这些数据导入 SolidWorks，为平台的结构设计和施工提供精准的数字化基础。”

Solidxperts团队对圣母大教堂的扫描工作，不仅实现了蒙特利尔历史建筑的数字化保存，更开拓了文化遗产保护的全新可能。如此大规模的数字化工程竟能如此高效便捷地完成，这让我们不禁期待：他们下一个扫描对象，无论是历史遗迹还是现代基础设施，又将带来怎样的技术突破。