三维扫描之文物保护|五台山龙泉寺牌楼

16/12/2020

2019年4月15日,巴黎圣母院的塔尖在一场熊熊大火中轰然倒塌,全世界为之扼腕叹息。万幸的是,早在2015年,美国学者安德鲁·塔隆就对巴黎圣母院进行了三维扫描,构建了完整的三维模型。或许未来某一天,巴黎圣母院能够依托三维数据完成修复,再次重现人间。

这场大火也为全世界敲响了古建筑保护的警钟。而在古建筑保护中,对保护对象进行完整的测绘并存档,为日后的修复和重建提供参考依据是最基本的工作任务。在我国国内,古建筑三维数字化存档工作也正开展得如火如荼。此次,埃太科三维扫描仪(Artec 3D)就承担了五台山龙泉寺牌楼三维数字化存档工作。

项目背景:

五台山位居中国四大佛教名山之首,为文殊菩萨的道场。其间龙泉寺以石雕为名。寺内石雕首冠五台山,蜚声海内外。其山门外的汉白玉石牌楼,更是我国石雕艺术的瑰宝。

龙泉寺汉白玉石牌楼,由石雕艺人胡明珠设计,并带领山西、河北百余名匠人共同雕建,历时六年(1926~1931)方才落成。石牌楼矗立在一百零八级石阶之上,整体结构四柱三门,上盖三个楼头,分上下两层,居中的楼头既高且大,两个耳楼头下傍,四根方柱插入四方礅,每根方柱又有前后两根圆柱斜顶,结构紧凑而稳固。石牌楼形制刚健挺拔,通体精雕细刻,可谓集我国石雕艺术之大成。

牌楼中门的拱券上雕有二龙戏珠,两条龙飞腾在团团白云之中,张着大嘴,怒睁圆目。牌楼正面中门檐下雕有竖匾,上题“峻凌霄汉”。中门横伏间嵌板上题有“佛光普照”,左右耳门嵌板上题有“共登彼岸”、“会赴龙华”。牌楼上的各种图案构思精巧,刻工细致。花蕊、草叶,细如发丝,薄如轻纱;走兽、飞鸟,生动活泼,呼之欲出。刀工精细之处,令人顿生“张口惧惊鸟,伸手恐断枝”之感。据统计,牌楼通体共雕有八十九条龙,四十余只狮子,鸟兽虫鱼不计其数。

项目过程:

2017年初,有关部门决定对汉白玉石牌楼展开文物保护工作,邀请埃太科公司(Artec 3D)中国区金牌认证经销商欧诺嘉,通过三维扫描的技术手段,对石牌楼进行数字化存档,并对测绘工作提出了两大要求:

  • 牌楼整体雕刻精美,细节纷繁,镂空密布,在采集数据时必须保证数据的精度和完整性。
  • 最终呈现数字化存档成果时,既要可以整体呈现,又要可以根据牌楼本身结构,分别呈现各组成部分。

欧诺嘉公司的技术团队历时一周反复讨论推敲,最终采取了以下的扫描解决方案。

鉴于石牌楼规模宏大而细节繁复,为了保证数据采集效果,先使用地面扫描仪扫描整体框架,然后使用埃太科公司的Eva扫描仪捕获整体结构,最后使用精度更高的Space Spider扫描仪捕获精美雕工细节。

开始扫描后,技术团队很快遇到了一个棘手的问题——阳光。龙泉寺海拔1753米,光照比平原地区要强得多。且汉白玉石牌楼通体光滑剔透,反光率较高。这两点就给扫描工作制造了不小的困难。Eva和Space Spider的工作原理在于,扫描仪向被扫描物体发射结构光束,并接收来自物体表面的反射光线,然后将数据传输至Artec Studio软件中,由软件仔细分析每一处细微的光线扭曲,并重构物体的三维几何形态。耀眼的阳光和石牌楼较高的反光率,易导致所采集数据的过度曝光。且石牌楼矗立在108级石阶的平台上,平台面积较小,无法搭建整体遮阳措施。于是,技术团队不得不将部分扫描工作放到夜间进行。所幸的是,埃太科(Artec 3D)三维扫描仪配备LED闪光灯,在夜间仍可正常工作,同时保证细腻优质的纹理采集效果,圆满完成了数据采集任务。

最终历时14个工作日,技术团队共采集了500G左右的原始数据。

埃太科公司推出的三维数据处理软件Artec Studio操作简单,具有强大的数据处理功能,并且不同型号的扫描仪采集的数据可以放到一起处理。经过一个月的后期处理,技术团队最终制作出了牌楼的完整三维模型。

项目成果:

埃太科始终致力于为客户提供高效、精准、操作便捷的三维扫描解决方案。未来,埃太科三维必将与文物保护领域擦出更多精彩的火花。

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