Relicvele culturale reprezintă bogăția istorică valoroasă a țării, cercetarea istorică, îndrumarea științifică și alte aspecte de mare importanță. Cu toate acestea, odată cu trecerea timpului, deteriorarea relicvelor culturale este adesea inevitabil, ceea ce include atât degradarea naturală a relicvelor în sine, cât și distrugerea accidentală.
În aprilie 2019, Notre Dame de Paris din Franța a suferit cel mai grav incendiu din toate timpurile, structura de lemn din vârful bisericii fiind complet distrusă, lăsând în urmă doar resturi de piatră și pagube uriașe. Din fericire, modelul digital de nori de puncte 3D al Notre Dame a fost arhivat electronic înainte de distrugerea sa, oferind date suficiente și precise pentru a sprijini reconstrucția părților deteriorate din Notre Dame, care pot fi restaurate una câte una pe baza datelor existente.
Scanarea laser și modelul de arhivă 3D digitizat pot ajuta la conservarea și restaurarea patrimoniului și pot asigura autenticitatea și acuratețea restaurării. Cercetătorii relevanți au rezumat aplicarea scanerului laser 3D în domeniul protecției relicvelor culturale din China din perspectiva dezvoltării tehnologiei, principiului de funcționare și realizărilor. Zhang Xiaoqing și colab. a studiat aplicarea imprimării 3D în reconstrucția relicvelor culturale din aspectele tehnologiei legate de scanare și modelare laser 3D. Această lucrare descrie procesul de bază de digitalizare a protecției relicvelor culturale din punctul de vedere al combinației dintre scanarea tridimensională cu laser și imprimarea 3D a două tehnologii, în scopul de a rezolva tradiționalele relicve culturale, reținerea informațiilor de digitalizare și restabilirea corectă a problemei.
În primul rând, principiul muncii
Scanarea cu laser folosind metoda de scanare fără contact, poate obține rapid suprafața țintă a datelor masive, în protecția relicvelor culturale are avantaje remarcabile. Scanarea laser tridimensională se face în principal prin metoda de măsurare a scanării cu laser de mare viteză, sub forma unui nor de puncte pentru a obține o serie de date geometrice ale imaginii de pe suprafața obiectului. Datele obținute prin măsurarea tradițională sunt în cele din urmă sub formă bidimensională, prin desenele prezentate. Spre deosebire de măsurătorile tradiționale, scanarea laser 3D achiziționează date într-o formă tridimensională, care nu conține doar informații despre poziția plană și elevație, ci și informații despre culoarea RGB și reflectanța obiectului testat. Prin urmare, informațiile obținute prin scanarea laser 3D sunt foarte cuprinzătoare.
Scanerul laser 3D utilizează un laser ca sursă de lumină emitentă pentru a măsura obiectul în conformitate cu o anumită rezoluție de scanare orizontală și verticală și adoptă o metodă fără contact pentru a obține datele de suprafață ale obiectului măsurat. Principiul calculului coordonatelor punctului spațial este prezentat în figura de mai jos. Laserul este utilizat pentru a obține distanța S de la obiectul de măsurat până la centrul de scanare, iar apoi codificatorul de precizie controlat de ceas construit în interiorul dispozitivului este utilizat pentru a măsura sincron valoarea de observare a unghiului de scanare orizontal și valoarea de observare a unghiului de scanare longitudinală de fiecare impuls laser și coordonatele spațiale tridimensionale ale punctului măsurat pot fi calculate prin relația geometrică spațială tridimensională folosind un element de linie și două elemente unghiulare. Coordonatele X, Y, Z ale punctului spațial. Datele achiziționate prin scanarea laser 3D sunt de obicei într-un sistem de coordonate separat în cadrul echipamentului, cu axa X în planul de scanare transversal, axa YY în planul de scanare transversal perpendicular pe axa X și axa Z. perpendicular pe planul transversal de scanare.
Mai sus Diagrama de principiu a calculului coordonatelor punctului spațial
Tehnologia de imprimare 3D este de a imprima obiecte tridimensionale, utilizarea de feliere și apoi a reconstrui restaurarea traiectoriei, materii prime de topire la temperatură ridicată pentru a urma principiul stivuirii traiectoriei pentru a restabili modelul digital. Tehnologia de imprimare 3D a apărut la mijlocul{{ 3}}s, de fapt, este utilizarea fotopolimerizării și laminarea hârtiei și a altor tehnologii, cum ar fi cel mai recent dispozitiv de fabricare aditivă. Practic, este același principiu de lucru cu imprimarea obișnuită, imprimanta utilizând metal, ceramică, materiale plastice, nisip și alte materiale diferite, cum ar fi materii prime, conectate la computer, prin traiectoria de tăiere controlată de computer, materiile prime strat cu strat conform la traiectoria stivei de jos în sus și, în cele din urmă, computerul care scanează modelul electronic digital tridimensional într-un obiect fizic.
În al doilea rând, analiza avantajelor tehnice
Scanarea laser tridimensională are o viteză rapidă (aproape 1 milion de puncte pe secundă), nu trebuie să contactați ținta (măsurare fără contact), cantitate mare de date, precizie ridicată și alte caracteristici. Printre acestea, măsurarea fără contact poate obține date masive pe suprafața obiectului măsurat, evitând eficient deteriorarea prin contact a relicvelor culturale în procesul de digitalizare a relicvelor culturale. În același timp, indiferent cât de complexă este structura țintei măsurate, aceasta poate fi dobândită în conformitate cu aspectul original. Precizia de măsurare a scanării laser 3D poate atinge un nivel milimetric sau chiar submilimetru, ceea ce poate înregistra cu precizie aspectul original al relicvelor culturale și poate obține modele digitizate 3D de înaltă precizie pentru arhivare. Utilizarea tehnologiei de imprimare 3D poate fi scanată după relicvele culturale digitizate de înaltă precizie arhivate pentru ajustări și modificări corespunzătoare, utilizarea imprimantelor 3D pentru a imprima modelul și apoi lustruirea, colorarea și alte post-procesare a modelului, pentru a obțineți o copie a relicvelor culturale. Tehnologia de imprimare 3D este avantajul modelului într-o viteză rapidă, modelul de înaltă precizie a restaurării poate fi conectat fără probleme la scanarea laser. Prin urmare, combinația dintre scanarea laser tridimensională și tehnologia de imprimare 3D utilizată în digitalizarea relicvelor culturale și restaurare are un avantaj unic.
În al treilea rând, procesul de bază
Utilizarea scanării laser tridimensionale și a imprimării 3D combinate pentru a ajuta la digitizarea relicvelor culturale și la restaurarea câmpului este tendința curentă de dezvoltare. Ținta măsurată are o distanță scurtă, cerințe de înaltă precizie, aplicate la protecția relicvelor culturale ale scanării laser tridimensionale este de obicei selectată de mână sau purtător de stație și principiul diferenței de fază pentru a obține ținta instrumentului. Procesul de bază include în principal implementarea țintei, achiziția de date, îmbinarea modelului, procesarea modelului, tăierea modelului, imprimarea 3D și alte aspecte, așa cum se arată în figura de mai jos. Luați podul Zhaozhou ca exemplu pentru a ilustra fluxul procesului în diferite etape.
3.1 Așezarea țintei
Așezați uniform ținte sferice în jurul podului, cu nu mai puțin de 3 perechi de ținte între două stații învecinate. 3 perechi de ținte sferice sunt situate la înălțimi diferite, eșalonate pentru a evita plasarea lor pe aceeași linie dreaptă, astfel încât să nu se mai poată găsi într-o etapă ulterioară baza de aliniere a datelor învecinate cu același nume.
3.2 Achiziția datelor
Selectați unghiul potrivit, configurați scanerul laser tridimensional care transportă stația, configurați rezoluția de scanare pe dispozitiv și modul în care fotografiază, controlați timpul de scanare și efectuați scanarea nedirecțională la 360 de grade a țintei. Scanarea țintei este finalizată, verificați acuratețea scanării bilei țintă, confirmați dacă îndeplinește condițiile de utilizare a norului de puncte de suprafață pentru a se potrivi coordonatele sferice, dacă precizia nu este suficientă, trebuie să efectuați o scanare direcțională de înaltă rezoluție a ținta sferică. Verificați în mod repetat până când sunt îndeplinite condițiile de fixare a centrului sferei.
3.3 Îmbinarea modelului
Conform principiului de funcționare al scanării laser, datele achiziționate de stațiile învecinate sunt în diferite sisteme de coordonate independente. Este necesar să se utilizeze principiul ICP și alți algoritmi înrudiți pentru a unifica sistemul de coordonate al datelor cu mai multe stații, adică prin calcularea matricei de rotație între datele din cloud ale stațiilor învecinate pentru a finaliza alinierea modelului și a obține punctul complet model de nor al corpului podului.
3.4 Procesarea modelului
După eliminarea zgomotului, raționalizarea, segmentarea și extragerea caracteristicilor modelului de nor de puncte al corpului podului obținut după aliniere, datele de suprafață sunt modelate și reconstruite, iar reconstrucția modelului adoptă de obicei modul de utilizare a noului de puncte pentru a construi grila. pentru relicve culturale curbate. Această metodă are o precizie ridicată, o potrivire bună la suprafață și o automatizare ridicată. Modelul de grilă de pod reconstruit este procesat prin jupuire, umplere a găurilor, reparare grilă, netezire, ascuțire, cartografiere a texturii etc., pentru a obține modelul electronic tridimensional digital al podului și a-l arhiva și a-l salva în baza de date.
3.5 Tăierea modelului și imprimarea 3D
Folosind tehnologia de imprimare 3D, modelul de relicve culturale electronice digitizate de înaltă precizie arhivat este ajustat și modificat în mod corespunzător, iar computerul este utilizat pentru tăierea modelului, calcularea traiectoriei de restaurare a imprimării și generarea codului G. În funcție de tipul de material al relicvelor culturale, pentru a selecta imprimanta 3D și materiile prime adecvate, codul G introdus la imprimanta 3D, imprimanta utilizează materii prime de topire la temperatură înaltă a duzei pentru a urma traiectoria principiului stivuirii strat cu strat a modelului digital este restabilit la lucru real. Obiectul fizic poate fi folosit pentru relicve culturale reale, partea deteriorată a restaurării, poate fi folosit și pentru vizitarea expoziției în loc de relicve culturale reale.
Rezultatele procesului în faze Zhaozhou Bridge sunt prezentate mai jos.
3.6 Restaurare suplimentară a datelor
La scanarea cu scanerul laser 3D care transportă stația, este inevitabil să apară lacune de date, iar lipsa datelor va aduce dificultăți în stabilirea modelelor digitale și a imprimării 3D. Astfel de probleme pot fi rezolvate prin două mijloace. Unul este în plus față de utilizarea unică a scanării care transportă stația, cu sincronizarea scanării cu laser 3D portabil, problemele cu unghiul de scanare cauzate de golurile de date pot fi completate de scanerul portabil, flexibil și convenabil. Celălalt este de a completa și repara datele lipsă în timpul procesării datelor, inclusiv optimizarea rețelei, umplerea găurilor, netezirea și ascuțirea și alte mijloace. Dintre acestea, umplerea găurilor este cea mai critică, incluzând curbură, tangentă, plană, găuri interioare, găuri de limită, punte și multe alte metode. În comparație cu metodele tradiționale de restaurare, prin scanarea laser tridimensională pentru a obține date de înaltă precizie, puteți stabili un model tridimensional digital mai realist, utilizarea software-ului pentru restaurarea virtuală, pentru a oferi o varietate de efecte de restaurare decât selecție, ca bază pentru îmbunătățirea programului real de restaurare. Restaurarea virtuală conține în principal relicve culturale, umplerea golurilor din corp, repararea picturii, restaurarea texturii și așa mai departe. După reparație, modelul devine neted și neted și contururi clare.
Concluzie și Perspectivă
4.1 Concluzie
Prin combinația dintre scanarea laser tridimensională și tehnologia de imprimare 3D, sunt descrise situația actuală a protecției și restaurării relicvelor culturale, principiul de funcționare, procesul de bază și avantajele acestuia. Repararea cu scanare laser tridimensională a relicvelor culturale nu este doar restaurată cu mare precizie, dar poate evita în mod eficient deteriorarea secundară a relicvelor culturale în procesul de digitalizare a relicvelor culturale. Procesul are avantaje unice în domeniul protecției și restaurării relicvelor culturale și poate rezolva reținerea informațiilor digitale tradiționale a relicvelor culturale și restabilirea corectă a problemei. În prezent, Dunhuang Mogao Grottoes sculptează utilizarea succesivă a scanării laser și a tehnologiei de imprimare 3D pentru a realiza arhivarea digitală a relicvelor culturale și reproducerea relicvelor culturale, tehnologia se maturizează treptat, diversitatea procesului este îmbunătățită treptat.
4.2 Outlook
În prezent, problemele care trebuie rezolvate în continuare sunt diversificarea materiilor prime de imprimare 3D, numărul de duze de imprimare 3D și volumul de imprimare 3D pentru a îmbunătăți și mai mult eficiența și caracterul practic al imprimării 3D. În același timp, scanarea laser combinată cu tehnologia de imprimare 3D poate fi integrată în tehnologia hiperspectrală pe baza scanării laser, scanarea laser a modelelor de înaltă precizie și textura de înaltă precizie obținută din integrarea fotogrammetriei de aproape, puteți realiza modelul relicvelor culturale și culoarea dublei restaurări și reparații de înaltă precizie, care are o mare importanță practică pentru protecția și restaurarea relicvelor culturale. După scanarea arhivei digitale a modelului de relicve culturale a norului de puncte electronic, poate fi stocat în baza de date, prin intermediul internetului și tehnologia de stocare în cloud, combinată cu tehnologia VR de realitate virtuală, pentru a construi un muzeu digital online, astfel încât turiștii să poată fi realizati fără a pleca acasă pentru a vizita navigarea online. Imprimarea 3D a relicvelor culturale poate fi folosită și pentru expoziția reală a relicvelor culturale și a industriilor aferente temei educației. Popularizarea și aplicarea acestei tehnologii este de mare importanță.
