Kulturne relikvije su vrijedno povijesno bogatstvo zemlje, povijesno istraživanje, znanstveno vodstvo i drugi aspekti od velikog značaja. Međutim, s vremenom, oštećenje kulturnih ostataka često je neizbježno, što uključuje i prirodno trošenje samih ostataka i slučajno uništenje.
U travnju 2019. francuska Notre Dame de Paris pretrpjela je najgori požar ikad, pri čemu je drvena konstrukcija na vrhu crkve potpuno uništena, ostavljajući za sobom samo kamene ostatke i ogromnu štetu. Srećom, digitalni 3D model oblaka točaka Notre Damea elektronički je arhiviran prije uništenja, pružajući dovoljno i točnih podataka za podršku rekonstrukciji oštećenih dijelova Notre Damea, koji se mogu obnavljati jedan po jedan na temelju postojećih podataka.
Lasersko skeniranje i digitalizirani 3D model arhive mogu pomoći u očuvanju i restauraciji baštine te osigurati autentičnost i točnost restauracije. Relevantni istraživači saželi su primjenu 3D laserskog skenera u području zaštite kulturnih relikvija u Kini s aspekta razvoja tehnologije, principa rada i postignuća. Zhang Xiaoqing i sur. proučavao je primjenu 3D ispisa u rekonstrukciji kulturnih relikvija s aspekta tehnologije 3D laserskog skeniranja i modeliranja. Ovaj rad opisuje osnovni proces digitalizacije zaštite kulturnih relikvija sa stajališta kombinacije dviju tehnologija trodimenzionalnog laserskog skeniranja i 3D ispisa, kako bi se riješio problem zadržavanja informacija o digitalizaciji tradicionalnih kulturnih relikvija i točne restauracije.
Prvo, princip rada
Lasersko skeniranje pomoću beskontaktne metode skeniranja, može brzo dobiti ciljnu površinu masivnih podataka, u zaštiti kulturnih relikvija ima izvanredne prednosti. Trodimenzionalno lasersko skeniranje uglavnom se provodi putem metode mjerenja laserskog skeniranja velike brzine, u obliku oblaka točaka za dobivanje niza geometrijskih slikovnih podataka na površini objekta. Podaci dobiveni tradicionalnim mjerenjem u konačnici su dvodimenzionalni, kroz prikazane crteže. Za razliku od tradicionalnih mjerenja, 3D lasersko skeniranje prikuplja podatke u trodimenzionalnom obliku, koji ne samo da sadrži informacije o planarnom položaju i visini, već i RGB boju i informacije o refleksiji objekta koji se testira. Stoga su informacije dobivene 3D laserskim skeniranjem vrlo opsežne.
3D laserski skener koristi laser kao emitirajući izvor svjetlosti za mjerenje objekta u skladu s određenom horizontalnom i okomitom rezolucijom skeniranja i usvaja beskontaktnu metodu za dobivanje podataka o površini mjerenog objekta. Princip izračuna prostornih koordinata točke prikazan je na donjoj slici. Laser se koristi za dobivanje udaljenosti S od objekta koji se mjeri do centra skeniranja, a zatim se precizni enkoder kontroliran satom ugrađen unutar uređaja koristi za sinkrono mjerenje vrijednosti promatranja kuta horizontalnog skeniranja i vrijednosti promatranja uzdužnog kuta skeniranja svaki laserski impuls, a prostorne trodimenzionalne koordinate izmjerene točke mogu se izračunati kroz prostorni trodimenzionalni geometrijski odnos pomoću linijskog elementa i dva kutna elementa. X, Y, Z koordinate prostorne točke. Podaci dobiveni 3D laserskim skeniranjem obično su u zasebnom koordinatnom sustavu unutar opreme, s X-osi u poprečnoj ravnini skeniranja, YY-osi u poprečnoj ravnini skeniranja okomitoj na X-os i Z-osi okomito na poprečnu ravninu skeniranja.
Gore Principijelni dijagram izračuna prostornih koordinata točaka
Tehnologija 3D ispisa je ispis trodimenzionalnih objekata, korištenje rezanja i zatim ponovna izgradnja obnove putanje, visokotemperaturno topljenje sirovina kako bi se slijedilo načelo slaganja putanje kako bi se vratio digitalni model. Tehnologija 3D ispisa pojavila se sredinom {{ 3}}s, zapravo, je korištenje svjetlosne polimerizacije i laminacije papira i drugih tehnologija kao što je najnoviji uređaj za aditivnu proizvodnju. U osnovi je isti princip rada s običnim ispisom, pisač koristi metal, keramiku, plastiku, pijesak i druge različite materijale poput sirovina, povezanih s računalom, kroz računalno kontroliranu putanju rezanja, sirovine sloj po sloj prema na putanju niza odozdo prema gore, i na kraju računalo na skeniranje digitalnog trodimenzionalnog elektroničkog modela u fizički objekt.
Drugo, analiza tehničkih prednosti
Trodimenzionalno lasersko skeniranje ima veliku brzinu (gotovo 1 milijun točaka u sekundi), nema potrebe za kontaktom s metom (bezkontaktno mjerenje), veliku količinu podataka, visoku točnost i druge karakteristike. Među njima, beskontaktno mjerenje može dobiti masivne podatke na površini mjerenog objekta, učinkovito izbjegavajući kontaktna oštećenja kulturnih relikvija u procesu digitalizacije kulturnih relikvija. Istodobno, bez obzira na to koliko je složena struktura mjerene mete, ona se može dobiti u skladu s izvornim izgledom. Mjerna točnost 3D laserskog skeniranja može doseći milimetarsku razinu ili čak submilimetarsku razinu, čime se može točno zabilježiti izvorni izgled kulturnih relikvija i dobiti visoko precizni 3D digitalizirani modeli za arhiviranje. Korištenje tehnologije 3D ispisa može se skenirati nakon arhiviranih visokopreciznih digitaliziranih kulturnih relikvija za odgovarajuće prilagodbe i modifikacije, korištenje 3D pisača za ispis modela, a zatim poliranje, bojanje i drugu naknadnu obradu modela, kako bi dobiti kopiju kulturnih relikvija. Tehnologija 3D ispisa prednost je modela u velikoj brzini, model visoke preciznosti restauracije može se neprimjetno povezati s laserskim skeniranjem. Stoga kombinacija trodimenzionalnog laserskog skeniranja i tehnologije 3D ispisa koja se koristi u digitalizaciji kulturnih relikvija i restauraciji ima jedinstvenu prednost.
Treće, osnovni proces
Korištenje trodimenzionalnog laserskog skeniranja i 3D ispisa u kombinaciji kako bi se pomoglo u digitalizaciji kulturnih relikvija i restauraciji polja trenutačni je glavni razvojni trend. Mjereni cilj ima kratku udaljenost, visoke zahtjeve točnosti, a primjenjuje se na zaštitu kulturnih relikvija trodimenzionalnog laserskog skeniranja koji se obično odabire u ruci ili na stanici za nošenje i načelo fazne razlike za dobivanje cilja instrumentacije. Osnovni proces uglavnom uključuje postavljanje cilja, prikupljanje podataka, spajanje modela, obradu modela, rezanje modela, 3D ispis i druge aspekte, kao što je prikazano na slici ispod. Uzmimo most Zhaozhou kao primjer za ilustraciju tijeka procesa u različitim fazama.
3.1 Polaganje meta
Ravnomjerno rasporedite sferne mete oko mosta, s ne manje od 3 para meta između dvije susjedne postaje. 3 para sferičnih meta nalaze se na različitim visinama, raspoređene kako bi se izbjeglo njihovo postavljanje na istu ravnu liniju, kako bi se izbjeglo da se u kasnijoj fazi ne može pronaći osnova za poravnanje susjednih podataka s istim imenom.
3.2 Prikupljanje podataka
Odaberite odgovarajući kut, postavite trodimenzionalni laserski skener koji nosi stanicu, postavite rezoluciju skeniranja na uređaju i način snimanja kamere, kontrolirajte vrijeme skeniranja i izvršite neusmjereno skeniranje mete od 360 stupnjeva. Skeniranje mete je dovršeno, provjerite točnost skeniranja mete, potvrdite ispunjava li uvjete korištenja površinskog oblaka točaka za uklapanje sfernih koordinata, ako točnost nije dovoljna, morate izvršiti usmjereno skeniranje visoke rezolucije sferni cilj. Ponavljajte provjeru dok se ne ispune uvjeti za postavljanje središta kugle.
3.3 Spajanje modela
Prema principu rada laserskog skeniranja, podaci prikupljeni od strane susjednih stanica su u različitim neovisnim koordinatnim sustavima. Potrebno je koristiti načelo ICP-a i druge srodne algoritme za objedinjavanje koordinatnog sustava podataka s više stanica, odnosno izračunavanjem matrice rotacije između podataka oblaka susjednih stanica kako bi se dovršilo poravnanje modela i dobila potpuna točka model oblaka tijela mosta.
3.4 Obrada modela
Nakon uklanjanja šuma, usmjeravanja, segmentacije i ekstrakcije značajki modela oblaka točaka tijela mosta dobivenog nakon poravnanja, površinski podaci se modeliraju i rekonstruiraju, a rekonstrukcija modela obično usvaja način korištenja oblaka točaka za konstrukciju mreže za zakrivljene kulturne relikte. Ova metoda ima visoku točnost, dobro pristajanje na površinu i visoku automatizaciju. Rekonstruirani mrežni model mosta obrađuje se skinningom, popunjavanjem rupa, popravkom rešetke, glačanjem, izoštravanjem, mapiranjem teksture itd., kako bi se dobio digitalni trodimenzionalni elektronički model mosta te ga arhivirao i pohranio u bazu podataka.
3.5 Rezanje modela i 3D ispis
Koristeći tehnologiju 3D ispisa, arhivirani visokoprecizni digitalizirani model elektroničkih kulturnih relikvija se na odgovarajući način prilagođava i modificira, a računalo se koristi za rezanje modela, izračunavanje putanje restauracije ispisa i generiranje G koda. U skladu s vrstom materijala kulturnih relikvija za odabir odgovarajućeg 3D pisača i sirovina, unos G koda u 3D printer, pisač koristi mlaznicu sirovina koje se tope na visokoj temperaturi kako bi pratio putanju principa slaganja sloj po sloj digitalnog modela vraća se u pravu stvar. Fizički objekt može se koristiti za stvarne kulturne relikvije, oštećeni dio obnove, također se može koristiti za posjet izložbi umjesto pravih kulturnih relikvija.
Rezultati faznog procesa mosta Zhaozhou prikazani su u nastavku.
3.6 Dodatna obnova podataka
Prilikom skeniranja 3D laserskim skenerom koji nosi stanicu, neizbježno je da će se pojaviti rupe u podacima, a nedostatak podataka će donijeti poteškoće u uspostavljanju digitalnih modela i 3D ispisu. Takvi se problemi mogu riješiti na dva načina. Jedna je uz jednokratnu upotrebu skeniranja putem stanice, uz sinkronizaciju ručnog 3D laserskog skeniranja, problemi s kutom skeniranja uzrokovani prazninama u podacima mogu se nadopuniti ručnim skenerom, fleksibilnim i praktičnim. Drugi je nadopunjavanje i popravak podataka koji nedostaju tijekom obrade podataka, uključujući optimizaciju mreže, popunjavanje rupa, izglađivanje i izoštravanje i druga sredstva. Među njima, popunjavanje rupa je najkritičnije, uključujući zakrivljenost, tangentu, ravninu, unutarnje rupe, granične rupe, premošćivanje i mnoge druge metode. U usporedbi s tradicionalnim metodama restauracije, pomoću trodimenzionalnog laserskog skeniranja za dobivanje podataka visoke preciznosti, možete uspostaviti realističniji digitalni trodimenzionalni model, korištenjem softvera za virtualnu restauraciju, kako biste pružili različite učinke restauracije od izbor, kao temelj za unaprjeđenje stvarnog programa obnove. Virtualna restauracija uglavnom sadrži materijalne kulturne relikvije, popunjavanje praznina u tijelu, popravak slika, restauraciju teksture i tako dalje. Nakon popravka, model postaje gladak i glatke i jasne konture.
Zaključak i perspektiva
4.1 Zaključak
Kombinacijom trodimenzionalnog laserskog skeniranja i tehnologije 3D ispisa opisuje se trenutno stanje zaštite i restauracije kulturnih spomenika, princip rada, osnovni proces i njegove prednosti. Popravak kulturnih relikvija pomoću trodimenzionalnog laserskog skeniranja ne samo da se restaurira visokom preciznošću, već također može učinkovito izbjeći sekundarno oštećenje kulturnih relikvija u procesu digitalizacije kulturnih relikvija. Proces ima jedinstvene prednosti u području zaštite i restauracije kulturnih relikvija i može riješiti problem zadržavanja digitalnih informacija o tradicionalnim kulturnim relikvijama i točne restauracije. Trenutačno skulpture Dunhuang Mogao Grottoes uzastopno koriste tehnologiju laserskog skeniranja i 3D ispisa kako bi se postiglo digitalno arhiviranje kulturnih relikvija i reprodukcija kulturnih relikvija, tehnologija postupno sazrijeva, raznolikost procesa postupno se poboljšava.
4.2 Outlook
Trenutačno, problemi koje treba dodatno riješiti su diverzifikacija sirovina za 3D ispis, broj mlaznica 3D pisača i obujam 3D ispisa kako bi se dodatno poboljšala učinkovitost i praktičnost 3D ispisa. U isto vrijeme, lasersko skeniranje u kombinaciji s tehnologijom 3D ispisa može se integrirati u hiperspektralnu tehnologiju na temelju laserskog skeniranja, laserskog skeniranja visokopreciznih modela i visokoprecizne teksture dobivene integracijom fotogrametrije izbliza, možete shvatiti model kulturnih relikvija i boja dvostruke restauracije i popravka visoke preciznosti, što je od velikog praktičnog značaja za zaštitu i restauraciju kulturnih relikvija. Nakon skeniranja digitalne arhive modela elektroničkih oblaka točaka kulturni relikti mogu se pohraniti u bazu podataka, putem interneta i tehnologije pohrane u oblaku, u kombinaciji s tehnologijom virtualne stvarnosti VR, kako bi se izgradio online digitalni muzej, tako da se turisti mogu realizirati bez napuštanja dom za posjet online pregledavanja. 3D ispis kulturnih relikvija također se može koristiti za stvarnu izložbu kulturnih relikvija i povezanih industrija na temu obrazovanja. Popularizacija i primjena ove tehnologije od velikog je značaja.
