使用 Artec Jet、Ray II 和 Leo 测绘超 200 公里的历史地下采石场

4C 的 Rogier Rappard 使用 Artec Leo 在地下进行 3D 扫描。图片由 4C 提供

在荷兰马斯特里赫特南部边缘的地下，坐落着欧洲最引人入胜的档案库之一。圣彼得山（Sint-Pietersberg，St. Peter's Mountain）是一座由柔软、易于加工的石灰岩构成的山丘，数百年来当地人一直用它来建造该地区的基础设施。

他们留下的是一座人工石灰岩迷宫，据估计在荷兰和比利时地下延伸超过 200 公里。然而，由于一系列非凡的发现，如今马斯特里赫特境内的挖掘工作已经停止。正是在这里，人们首次辨认出了沧龙（Mosasaurus）——一种拥有长达八米尾巴的海洋爬行动物。

令人难以置信的是，第二次世界大战期间，这座地下采石场还被用作保险库，以躲避占领的纳粹军队、藏匿该国珍贵的艺术收藏品。因此，该区域如今受到严格保护，几乎完全禁止开挖和进一步研究。只有马斯特里赫特大学获得了继续在此工作的特权。

为了对该遗址进行数字化保存、测绘并向新访客开放，研究人员近期与 Artec 大使 4C Creative CAD CAM Consultants（4C）携手合作，使用 Artec Jet、Ray II 和 Leo 以前所未有的速度和精度对这处历史遗址进行 3D 扫描。

在一片漆黑中进行高速测绘

在圣彼得山进行扫描面临两大限制。首先是时间。隧道中没有 GPS 信号，也无法与地面通信，因此任何进入者都有严格的一小时时限。其次是光线。隧道漆黑一片，没有灯光你甚至看不见面前的手。

Artec Leo 的内置显示屏提供实时 3D 扫描反馈。图片由 4C 提供

这两个问题都成为了研究人员面临的重大障碍。并非所有隧道都已完成测绘，而那些尚未测绘的隧道只能在短暂的时间间隔内进行勘探。某些地方还是一个封闭的小系统，很容易迷路。部分路段已被刻意用闸门封闭，但向导仍需通过亲自在地下行走来学习路线。

由于此前已与 4C 合作引入了 Artec Space Spider 3D 扫描仪，Artec 技术似乎成为了对隧道进行数字化测绘和勘探的理所当然之选。此前，马斯特里赫特团队使用 Artec Ray II LiDAR 扫描仪在固定点位捕捉某些区域，在每个扫描位置战略性地部署灯具以搭建照明装置。

成果非常出色。然而，这一过程很慢，而在一个只有一小时时限的地点，慢就意味着不便。这正是 4C 建议他们改用 Artec Jet 的原因。这款高度多功能的设备具有七种部署模式，将 LiDAR 与强大的 SLAM 算法相结合，实现了移动中的捕捉——以前所未有的方式加速了 3D 测绘。

使用 Artec Jet 在迷宫中穿行

最终，4C 的工作流程简单得几乎无以复加。他们基本上就是把 Artec Jet 绑在背包上，一路走过去。从室外开始，他们穿过挖掘区，那里的入口外仍堆放着一堆堆材料。仅仅行走 10 分钟，他们就获得了一个庞大的点云，其中包括高达 34 米的堆积物和楼梯。

使用 Artec Jet 捕捉采石场网络周边区域。图片由 4C 提供

一旦进入地下，Artec Jet 便用于测绘隧道，而 Artec Leo 则着手处理雕塑和墙壁铭文。由于石灰岩很容易被刮刻，世世代代的人们在这座地下采石场网络的墙壁上雕刻和绘画。如今这些墙壁上呈现着从史前动物到埃及风格壁画的各种描绘，完美地保存在薄薄的岩层之中。

在参观过程中，4C 发现了一尊完整的沧龙雕塑——出自艺术家的想象，还有士兵们单纯为了打发时间而雕刻的二战剪影。甚至还有一整间房间，当年美国士兵曾围绕一座祭坛在此庆祝圣诞节。

Artec Twins 中一尊地下雕塑的 3D 模型。图片由 4C 提供

“借助 Artec Leo，除了艺术家对沧龙的想象之外，我们还成功扫描了二战士兵的剪影，”4C 3D 扫描专家 Bart Wever 解释道。“他们并不能百分之百确定它的样子；这只是基于头骨的推测。无论如何，将 Leo 数据叠加到更广阔的 Artec Jet 扫描上仍然很棒，这样你就能通过精确的定位数据查看整个隧道网络的结构，并在关键之处获得更高的细节。”

在 Artec Twins 中合并数据集

在勘探完石灰岩迷宫之后，4C团队 回到办公室，使用 Artec Twins（一个面向最大规模 3D 数据集的全新平台）处理 Artec Jet 和 Leo 采集到的数据。在该软件中，两个点云被叠加并合并为一个统一的、高度精细的数字孪生体。

Artec Twins 能够渲染数十亿个数据点而不会出现延迟或抽稀，非常适合在 3D 中虚拟地勘探和分析更广阔的环境。该软件建立在 Artec Studio 奠定的坚实基础之上，具备所有相同的表面测量、基元拟合和距离映射工具，可供你在离开现场很久之后继续对数据进行深入分析。

在 Artec Twins 中可视化的 Artec Jet 隧道捕获数据。图片由 4C 提供

“对于像这样的大型数据集，Artec Twins 真的非常出色，”Bart 补充道。“例如在建筑领域，你可以精确测量房间、宽度和相对位置。你不必对垂直测量进行理论推测，只需将房间的一部分转化为网格，然后将平面或基元投影到数据上即可。这些工具——以及不同尺度 3D 数据集的组合——在 AEC、考古学和许多其他行业中都有着巨大的潜力。”

数字孪生、机器狗与虚拟导览

4C 的项目数据有着众多应用；最直接的就是培训。向导们现在不必再徒步、在黑暗中、每次一小时地学习隧道路线，而是可以在办公桌前或在 VR 中通过数字孪生来学习——同时在增强现实中调用 Leo 的高分辨率模型，以便随走随放大查看单个雕刻。同一数据集也可服务于那些无法亲临现场的人。

此外还有一些根本不应该有人行走的隧道。该系统的某些路段已经坍塌，另一些则存在坍塌风险。将 Artec Jet 安装在机器狗上，派它进入并扫描这些区域，就能在不使任何人置于风险之中的情况下完成测绘。采矿业中应用的同样逻辑也可用于遗产保护、考古学和古生物学，这些研究领域往往是在危险的地方开展的。

使用 Artec Twins 内置工具测绘的隧道距离。图片由 4C 提供

马斯特里赫特大学早就知道，Artec 3D 扫描就是答案。多年来他们一直在使用这项技术；问题只在于速度、规模和资金。如今，他们通过一次真实的演示看到了可能性，并对多层级捕捉的潜力大开眼界——任何场景都可以用 Artec Jet、Ray II 和 Leo 协同作业来实现数字化。

“这是一个令人难以置信的解决方案。在测绘过程中，你无需关闭 Artec Jet。你只需四处走动，对整个区域进行测绘，”4C 的共同所有人 Rogier Rappard 总结道。“能够在单个项目中使用多台扫描仪，而无需为每台特定扫描仪配备额外软件，这仍然是我所见过的最独特的事情之一。我们之前用 Ray II 和 Leo 做到过。而将 Artec Jet 和 Leo 组合使用——这真的是更上一层楼。”