Kulturne relikvije so dragoceno zgodovinsko bogastvo države, zgodovinske raziskave, znanstvene smernice in drugi vidiki velikega pomena. Vendar pa je s časom poškodba kulturnih relikvij pogosto neizogibna, kar vključuje tako naravno preperevanje relikvij samih kot nenamerno uničenje.
Aprila 2019 je francoska Notre Dame de Paris utrpela najhujši požar doslej, pri čemer je bila lesena konstrukcija na vrhu cerkve popolnoma uničena, za seboj pa so ostali le kamniti ostanki, in ogromna škoda. Na srečo je bil digitalni 3D model oblaka točk Notre Dame pred uničenjem elektronsko arhiviran, kar zagotavlja zadostne in natančne podatke za podporo rekonstrukcije poškodovanih delov Notre Dame, ki jih je mogoče obnoviti enega za drugim na podlagi obstoječih podatkov.
Lasersko skeniranje in digitaliziran 3D arhivski model lahko pomagata pri ohranjanju in restavriranju dediščine ter zagotavljata pristnost in natančnost restavriranja. Relevantni raziskovalci so povzeli uporabo 3D laserskega skenerja na področju zaščite kulturnih relikvij na Kitajskem z vidika razvoja tehnologije, principa delovanja in dosežkov. Zhang Xiaoqing et al. preučeval uporabo 3D-tiskanja pri rekonstrukciji kulturnih relikvij z vidika tehnologije 3D-laserskega skeniranja in modeliranja. Ta članek opisuje osnovni postopek digitalizacije zaščite kulturnih relikvij z vidika kombinacije tridimenzionalnega laserskega skeniranja in 3D-tiskanja dveh tehnologij, da bi rešili tradicionalno hrambo informacij o digitalizaciji kulturnih relikvij in natančno restavriranje problema.
Prvič, načelo dela
Lasersko skeniranje z uporabo brezkontaktne metode skeniranja lahko hitro pridobi ciljno površino ogromnih podatkov, pri zaščiti kulturnih relikvij ima izjemne prednosti. Tridimenzionalno lasersko skeniranje poteka predvsem z merilno metodo laserskega skeniranja visoke hitrosti v obliki oblaka točk za pridobitev niza geometričnih slikovnih podatkov na površini predmeta. Podatki, pridobljeni s tradicionalnimi meritvami, so na koncu dvodimenzionalni obliki, skozi predstavljene risbe. Za razliko od tradicionalnih meritev 3D-lasersko skeniranje pridobi podatke v tridimenzionalni obliki, ki ne vsebuje le informacij o ravninskem položaju in nadmorski višini, temveč tudi barvo RGB in informacije o odboju preizkušanega predmeta. Zato so informacije, pridobljene s 3D laserskim skeniranjem, zelo obsežne.
3D-laserski skener uporablja laser kot vir oddajanja svetlobe za merjenje predmeta v skladu z določeno vodoravno in navpično ločljivostjo skeniranja ter uporablja brezkontaktno metodo za pridobivanje površinskih podatkov izmerjenega predmeta. Princip izračuna koordinat prostorskih točk je prikazan na spodnji sliki. Laser se uporablja za pridobitev razdalje S od predmeta, ki ga je treba izmeriti, do središča skeniranja, nato pa se natančen kodirnik, ki ga krmili ura, vgrajen v napravo, uporabi za sinhrono merjenje opazovane vrednosti vodoravnega kota skeniranja in vrednosti opazovanja vzdolžnega kota skeniranja vsak laserski impulz, prostorske tridimenzionalne koordinate izmerjene točke pa je mogoče izračunati preko prostorskega tridimenzionalnega geometrijskega odnosa z uporabo črtnega elementa in dveh kotnih elementov. X, Y, Z koordinate prostorske točke. Podatki, pridobljeni s 3D laserskim skeniranjem, so običajno v ločenem koordinatnem sistemu znotraj opreme, z osjo X v prečni ravnini skeniranja, osjo YY v ravnini prečnega skeniranja, ki je pravokotna na os X, in osjo Z pravokotno na prečno ravnino skeniranja.
Zgoraj Načelni diagram izračuna koordinat prostorskih točk
Tehnologija 3D tiskanja je tiskanje tridimenzionalnih predmetov, uporaba rezanja in nato obnova obnove trajektorije, visokotemperaturno taljenje surovin, ki sledijo načelu zlaganja trajektorije za obnovitev digitalnega modela. Tehnologija 3D tiskanja se je pojavila sredi {{ 3}}s je pravzaprav uporaba svetlobne polimerizacije in laminacije papirja ter drugih tehnologij, kot je najnovejša naprava za aditivno proizvodnjo. V bistvu je enak princip delovanja kot pri običajnem tiskanju, tiskalnik uporablja kovino, keramiko, plastiko, pesek in druge različne materiale, kot so surovine, povezane z računalnikom, prek računalniško vodene poti rezanja, surovine plast za plastjo na trajektorijo sklada od spodaj navzgor in na koncu računalnik na skeniranje digitalnega tridimenzionalnega elektronskega modela v fizični objekt.
Drugič, analiza tehničnih prednosti
Tridimenzionalno lasersko skeniranje ima visoko hitrost (skoraj 1 milijon točk na sekundo), ni potrebe po stiku s tarčo (brezkontaktno merjenje), veliko količino podatkov, visoko natančnost in druge lastnosti. Med njimi je mogoče z brezkontaktnim merjenjem pridobiti ogromno podatkov na površini merjenega predmeta, s čimer se učinkovito izognemo kontaktnim poškodbam kulturnih relikvij v procesu digitalizacije kulturnih relikvij. Hkrati, ne glede na to, kako zapletena je struktura merjene tarče, jo je mogoče pridobiti v skladu s prvotnim videzom. Merilna natančnost 3D laserskega skeniranja lahko doseže milimetrsko ali celo podmilimetrsko raven, s čimer je mogoče natančno zabeležiti prvotni videz kulturnih relikvij in pridobiti visoko natančne 3D digitalizirane modele za arhiviranje. Uporaba tehnologije 3D tiskanja, ki se lahko skenira po arhiviranih visoko natančnih digitaliziranih kulturnih relikvijah za ustrezne prilagoditve in modifikacije, uporaba 3D tiskalnikov za tiskanje modela ter nato poliranje, barvanje in druga naknadna obdelava modela, da pridobiti kopijo kulturnih relikvij. Tehnologija 3D tiskanja je prednost modela v visoki hitrosti, model visoke natančnosti restavracije je mogoče neopazno povezati z laserskim skeniranjem. Zato ima kombinacija tridimenzionalnega laserskega skeniranja in tehnologije 3D tiskanja, ki se uporablja pri digitalizaciji kulturnih relikvij in restavriranju, edinstveno prednost.
Tretjič, osnovni postopek
Uporaba tridimenzionalnega laserskega skeniranja in 3D tiskanja skupaj za pomoč pri digitalizaciji kulturnih relikvij in obnovi polja je trenutni glavni razvojni trend. Izmerjena tarča ima kratko razdaljo, visoke zahteve glede natančnosti, ki se uporablja za zaščito kulturnih relikvij tridimenzionalnega laserskega skeniranja, ki je običajno izbrano ročno ali postajno prenašanje in načelo fazne razlike za pridobitev tarče instrumentov. Osnovni postopek vključuje predvsem ciljno uvajanje, pridobivanje podatkov, spajanje modela, obdelavo modela, rezanje modela, 3D-tiskanje in druge vidike, kot je prikazano na spodnji sliki. Vzemite most Zhaozhou kot primer za ponazoritev poteka procesa na različnih stopnjah.
3.1 Polaganje tarč
Enakomerno postavite sferične tarče okoli mostu, z najmanj 3 pari tarč med dvema sosednjima postajama. 3 pari sferičnih tarč so nameščeni na različnih višinah, zamaknjeni, da jih ne bi postavili na isto ravno črto, da ne bi mogli najti podlage za poravnavo sosednjih podatkov z istim imenom v kasnejši fazi.
3.2 Pridobivanje podatkov
Izberite ustrezen kot, nastavite tridimenzionalni laserski skener, ki nosi postajo, nastavite ločljivost skeniranja na napravi in način snemanja, nadzorujte čas skeniranja in izvedite 360-stopinjsko neusmerjeno skeniranje tarče. Skeniranje cilja je končano, preverite natančnost skeniranja ciljne krogle, potrdite, ali izpolnjuje pogoje za uporabo oblaka površinskih točk za prileganje sferičnim koordinatam, če natančnost ni zadostna, morate izvesti visokoločljivostno usmerjeno skeniranje sferični cilj. Večkrat preverite, dokler niso izpolnjeni pogoji za namestitev središča krogle.
3.3 Spajanje modela
V skladu z načelom delovanja laserskega skeniranja so podatki, ki jih pridobijo sosednje postaje, v različnih neodvisnih koordinatnih sistemih. Za poenotenje koordinatnega sistema podatkov z več postajami je treba uporabiti načelo ICP in druge sorodne algoritme, to je z izračunom rotacijske matrike med podatki v oblaku sosednjih postaj za dokončanje poravnave modela in pridobitev celotne točke oblačni model telesa mostu.
3.4 Obdelava modela
Po odpravljanju šumov, racionalizaciji, segmentaciji in ekstrakciji značilnosti modela oblaka točk telesa mostu, pridobljenega po poravnavi, se površinski podatki modelirajo in rekonstruirajo, rekonstrukcija modela pa običajno sprejme način uporabe oblaka točk za konstrukcijo mreže za ukrivljene kulturne relikvije. Ta metoda ima visoko natančnost, dobro prileganje površini in visoko avtomatizacijo. Rekonstruiran mrežni model mostu se obdela s skinningom, zapolnjevanjem lukenj, popravilom mreže, glajenjem, ostrenjem, preslikavo teksture itd., da se pridobi digitalni tridimenzionalni elektronski model mostu in ga arhivira ter shrani v bazo podatkov.
3.5 Rezanje modela in 3D tiskanje
S tehnologijo 3D-tiskanja se arhivirani visoko natančni digitalizirani model elektronskih kulturnih relikvij ustrezno prilagodi in modificira, računalnik pa se uporabi za rezanje modela, izračun trajektorije obnovitve tiskanja in generiranje kode G. Glede na vrsto materiala kulturnih relikvij za izbiro ustreznega 3D-tiskalnika in surovin, vnos kode G v 3D-tiskalnik, tiskalnik uporablja šobo za visokotemperaturno taljenje surovin, da sledi poti načela zlaganja plast za plastjo. digitalnega modela je obnovljena v pravo stvar. Fizični predmet se lahko uporabi za resnične kulturne relikvije, poškodovani del obnove, lahko se uporabi tudi za obisk razstave namesto resničnih kulturnih relikvij.
Spodaj so prikazani rezultati postopnega postopka mostu Zhaozhou.
3.6 Dodatna obnovitev podatkov
Pri skeniranju s 3D laserskim skenerjem, ki nosi postajo, je neizogibno, da se pojavijo vrzeli v podatkih, pomanjkanje podatkov pa bo prineslo težave pri vzpostavitvi digitalnih modelov in 3D tiskanju. Takšne težave je mogoče rešiti na dva načina. Ena je poleg enkratne uporabe skeniranja s postajo, s sinhronizacijo ročnega 3D laserskega skeniranja, težave s kotom skeniranja, ki jih povzročajo podatkovne vrzeli, lahko dopolni ročni skener, ki je prilagodljiv in priročen. Drugi je dopolnjevanje in popravljanje manjkajočih podatkov med obdelavo podatkov, vključno z optimizacijo mreže, polnjenjem lukenj, glajenjem in ostrenjem ter drugimi sredstvi. Med njimi je najbolj kritično zapolnjevanje lukenj, vključno z ukrivljenostjo, tangento, ravnino, notranjimi luknjami, mejnimi luknjami, premostitvijo in številnimi drugimi metodami. V primerjavi s tradicionalnimi metodami restavriranja lahko s tridimenzionalnim laserskim skeniranjem za pridobitev visoko natančnih podatkov vzpostavite bolj realističen digitalni tridimenzionalni model, z uporabo programske opreme za virtualno restavriranje zagotovite različne učinke restavriranja kot izbor, kot podlago za izboljšanje realnega programa obnove. Navidezna obnova v glavnem vsebuje zapolnjevanje vrzeli v materialu kulturnih relikvij, popravilo slik, obnovo teksture itd. Po popravilu model postane gladek in gladek ter jasne konture.
Zaključek in obeti
4.1 Zaključek
S kombinacijo tridimenzionalnega laserskega skeniranja in tehnologije 3D tiskanja je opisano trenutno stanje varstva in restavriranja kulturnih relikvij, princip delovanja, osnovni proces in njegove prednosti. Popravilo kulturnih relikvij s tridimenzionalnim laserskim skeniranjem ni samo restavrirano z visoko natančnostjo, temveč se lahko tudi učinkovito izogne sekundarnim poškodbam kulturnih relikvij v procesu digitalizacije kulturnih relikvij. Postopek ima edinstvene prednosti na področju zaščite in restavriranja kulturnih relikvij in lahko reši problem hrambe digitalnih informacij o tradicionalnih kulturnih relikvij in natančne restavracije. Trenutno kiparstvo Dunhuang Mogao Grottoes zaporedno uporablja tehnologijo laserskega skeniranja in 3D-tiskanja za dosego digitalnega arhiviranja kulturnih relikvij in reprodukcije kulturnih relikvij, tehnologija postopoma dozoreva, raznolikost postopka se postopoma izboljšuje.
4.2 Outlook
Trenutno so problemi, ki jih je treba nadalje rešiti, diverzifikacija surovin za 3D-tiskanje, število šob 3D-tiskalnika in obseg 3D-tiskanja, da bi še izboljšali učinkovitost in praktičnost 3D-tiskanja. Hkrati je mogoče lasersko skeniranje v kombinaciji s tehnologijo 3D tiskanja integrirati v hiperspektralno tehnologijo na podlagi laserskega skeniranja, laserskega skeniranja visoko natančnih modelov in visoko natančne teksture, pridobljene z integracijo fotogrametrije od blizu, lahko spoznate model kulturnih relikvij in barva visokonatančne dvojne restavracije in popravila, ki je velikega praktičnega pomena za zaščito in restavriranje kulturnih relikvij. Po skeniranju digitalnega arhiva modela kulturnih relikvij elektronskega oblaka točk se lahko shrani v bazo podatkov prek interneta in tehnologije shranjevanja v oblaku v kombinaciji s tehnologijo VR virtualne resničnosti, da se zgradi spletni digitalni muzej, tako da se turisti lahko uresničijo, ne da bi zapustili domov za obisk spletnega brskanja. 3D-tiskanje kulturnih relikvij se lahko uporablja tudi za dejansko razstavo kulturnih relikvij in povezanih industrij na temo izobraževanja. Popularizacija in uporaba te tehnologije je velikega pomena.
