Kulturlevn er landets værdifulde historiske rigdom, historiske forskning, videnskabelig vejledning og andre aspekter af stor betydning. Men med tidens gang er skader på kulturlevn ofte uundgåelige, hvilket omfatter både naturlig forvitring af selve relikvier og utilsigtet ødelæggelse.
I april 2019 led Frankrigs Notre Dame de Paris sin værste brand nogensinde, hvor træstrukturen øverst i kirken blev fuldstændig ødelagt og efterlod kun stenrester og en enorm mængde skade. Heldigvis blev den digitale 3D-punktskymodel af Notre Dame elektronisk arkiveret før dens ødelæggelse, hvilket gav tilstrækkelige og nøjagtige data til at understøtte rekonstruktionen af de beskadigede dele af Notre Dame, som kan gendannes én efter én baseret på de eksisterende data.
Laserscanning og digitaliseret 3D-arkivmodel kan hjælpe med bevarelse og restaurering af arv og sikre ægtheden og nøjagtigheden af restaureringen. Relevante forskere opsummerede anvendelsen af 3D-laserscanner inden for beskyttelse af kulturelle relikvier i Kina fra aspekter af teknologiudvikling, arbejdsprincip og resultater. Zhang Xiaoqing et al. studeret anvendelsen af 3D-print i rekonstruktionen af kulturelle relikvier fra aspekterne af 3D-laserscanning og modelleringsrelateret teknologi. Dette papir beskriver den grundlæggende proces med digitalisering af kulturelle relikvier beskyttelse ud fra synspunktet om kombinationen af tredimensionel laserscanning og 3D-print to teknologier, for at løse de traditionelle kulturelle relikvier digitalisering information opbevaring og nøjagtig restaurering af problemet.
For det første princippet om arbejde
Laser scanning ved hjælp af ikke-kontakt scanning metode, kan hurtigt opnå målet overfladen af de massive data, i beskyttelsen af kulturelle relikvier har enestående fordele. Tredimensionel laserscanning er hovedsageligt gennem højhastigheds laserscanningsmålingsmetoden i form af en punktsky for at opnå rækken af geometriske billeddata på objektets overflade. Dataene opnået ved traditionel måling er i sidste ende todimensionel form, gennem de præsenterede tegninger. I modsætning til traditionelle målinger indhenter 3D-laserscanning data i en tredimensionel form, som ikke kun indeholder information om plan position og højde, men også RGB-farve- og reflektansinformation for det objekt, der testes. Derfor er informationen opnået ved 3D-laserscanning meget omfattende.
3D-laserscanneren bruger en laser som den udsendende lyskilde til at måle objektet i overensstemmelse med en vis vandret og lodret scanningsopløsning og anvender en berøringsfri metode til at opnå overfladedata for det målte objekt. Princippet for beregning af rumlige punktkoordinater er vist i nedenstående figur. Laseren bruges til at opnå afstanden S fra objektet, der skal måles til scanningscentret, og derefter bruges den præcisions-ur-kontrollerede encoder, der er bygget inde i enheden, til synkron måling af den vandrette scanningsvinkel-observationsværdi og den langsgående scanningsvinkel-observationsværdi for hver laserimpuls, og de rumlige tredimensionelle koordinater for det målte punkt kan beregnes gennem det rumlige tredimensionelle geometriske forhold ved hjælp af et linjeelement og to vinkelelementer. X, Y, Z koordinater for det rumlige punkt. Dataene indsamlet ved 3D-laserscanning er normalt i et separat koordinatsystem i udstyret, med X-aksen i det tværgående scanningsplan, YY-aksen i det tværgående scanningsplan vinkelret på X-aksen og Z-aksen vinkelret på det tværgående scanningsplan.
Ovenfor Principdiagram for beregning af rumlige punktkoordinater
3D-printteknologi er at udskrive tredimensionelle objekter, brug af udskæring og derefter genopbygge restaurering af bane, høj temperatur smeltende råmaterialer til at følge princippet om bane stabling for at genoprette den digitale model.3D-printteknologi dukkede op i midten{{ 3}}s er faktisk brugen af lyshærdning og papirlaminering og andre teknologier, såsom den nyeste udstyr til fremstilling af additiv. Det er grundlæggende det samme arbejdsprincip med almindelig udskrivning, printeren bruger metal, keramik, plast, sand og andre forskellige materialer såsom råmaterialer, forbundet til computeren, gennem den computerstyrede udskæringsbane, råvarerne lag for lag iflg. til banen for bottom-up stakken, og i sidste ende computeren på scanning af digital tredimensionel elektronisk model til et fysisk objekt.
For det andet, analyse af tekniske fordele
Tredimensionel laserscanning har en høj hastighed (næsten 1 million point i sekundet), behøver ikke at kontakte målet (ikke-kontaktmåling), stor mængde data, høj nøjagtighed og andre egenskaber. Blandt dem kan berøringsfri måling opnå massive data på overfladen af det målte objekt, hvilket effektivt undgår kontaktskader på kulturelle relikvier i processen med digitalisering af kulturrelikvier. På samme tid, uanset hvor kompleks strukturen af det målte mål er, kan det erhverves i overensstemmelse med det oprindelige udseende. Målenøjagtigheden af 3D-laserscanning kan nå millimeterniveau eller endda sub-millimeterniveau, som nøjagtigt kan registrere det originale udseende af kulturelle relikvier og opnå højpræcisions 3D digitaliserede modeller til arkivering. Brugen af 3D-printteknologi kan scannes efter de arkiverede højpræcisions digitaliserede kulturlevn for passende justeringer og modifikationer, brug af 3D-printere til at printe modellen og derefter polering, farvning og anden efterbehandling af modellen, for at få en kopi af kulturlevnene. 3D-printteknologi er fordelen ved modellen til en høj hastighed, modellen af den høje præcision af restaureringen kan være problemfrit forbundet med laserscanningen. Derfor har kombinationen af tredimensionel laserscanning og 3D-printteknologi, der bruges til digitalisering af kulturlevn og restaurering, en unik fordel.
For det tredje den grundlæggende proces
Brugen af tredimensionel laserscanning og 3D-print kombineret for at hjælpe kulturelle relikvier med digitalisering og restaurering af feltet er den nuværende mainstream udviklingstrend. Det målte mål har en kort afstand, høje nøjagtighedskrav, der anvendes til beskyttelse af kulturelle relikvier af tredimensionel laserscanning er normalt valgt håndholdt eller stationsbærende og princippet om faseforskel for at opnå målet for instrumenteringen. Den grundlæggende proces omfatter hovedsageligt målimplementering, dataindsamling, modelsplejsning, modelbehandling, modeludskæring, 3D-print og andre aspekter, som vist i figuren nedenfor. Tag Zhaozhou Bridge som et eksempel for at illustrere procesflowet på forskellige stadier.
3.1 Målsætning
Læg sfæriske mål ensartet rundt om broen med ikke mindre end 3 par mål mellem to nabostationer. 3 par kugleformede mål er placeret i forskellige højder, forskudt for at undgå at placere dem på samme lige linje, for at undgå, at man på et senere tidspunkt ikke kan finde grundlaget for justering af nabodata med samme navn.
3.2 Dataindsamling
Vælg den passende vinkel, opsæt den stationsbærende tredimensionelle laserscanner, opsæt scanningsopløsningen på enheden og den måde, kameraet skyder på, styr scanningstiden og udfør 360 graders ikke-retningsbestemt scanning af målet. Målscanning er afsluttet, kontroller nøjagtigheden af målkuglescanningen, bekræft, om den opfylder betingelserne for at bruge overfladepunktskyen til at passe til de sfæriske koordinater, hvis nøjagtigheden ikke er nok, skal du udføre retningsscanning med høj opløsning af det sfæriske mål. Kontroller gentagne gange, indtil betingelserne for montering af kuglens midte er opfyldt.
3.3 Modelsplejsning
I henhold til arbejdsprincippet for laserscanning er de data, der erhverves af nabostationer, i forskellige uafhængige koordinatsystemer. Det er nødvendigt at bruge princippet om ICP og andre relaterede algoritmer til at forene koordinatsystemet af multistationsdata, det vil sige ved at beregne rotationsmatricen mellem skydataene fra nabostationer for at fuldføre modeljusteringen og få det komplette punkt skymodel af brolegemet.
3.4 Modelbehandling
Efter støjdæmpning, strømlining, segmentering og ekstraktion af punktskymodellen af brolegemet opnået efter justering, modelleres og rekonstrueres overfladedataene, og modelrekonstruktionen anvender sædvanligvis måden at bruge punktskyen til at konstruere gitteret for buede kulturlevn. Denne metode har høj nøjagtighed, god overfladepasning og høj automatisering. Den rekonstruerede brogittermodel bearbejdes ved flåning, hulfyldning, gitterreparation, udjævning, slibning, teksturkortlægning osv. for at opnå den digitale tredimensionelle elektroniske model af broen og arkivere den og gemme den i databasen.
3.5 Modeludskæring og 3D-print
Ved hjælp af 3D-printteknologi bliver den arkiverede højpræcisions digitaliserede elektroniske kulturlevn-model tilpasset og modificeret, og computeren bruges til modeludskæring, beregning af printgendannelsesbanen og generering af G-kode. I henhold til materialetypen af kulturelle relikvier til at vælge den passende 3D-printer og råmaterialer, G-kodeinput til 3D-printeren, bruger printeren dysen højtemperatursmeltende råmaterialer til at følge banen for princippet om lag-for-lag stabling af den digitale model gendannes til den ægte vare. Den fysiske genstand kan bruges til ægte kulturlevn beskadiget del af restaureringen, kan også bruges til at besøge udstillingen i stedet for ægte kulturlevn.
Zhaozhou Bridge fasede procesresultater er vist nedenfor.
3.6 Supplerende datagendannelse
Ved scanning med den stationsbærende 3D-laserscanner er det uundgåeligt, at der opstår datasmuthuller, og manglen på data vil medføre vanskeligheder ved etablering af digitale modeller og 3D-print. Sådanne problemer kan løses på to måder. Den ene er ud over den ene brug af stationsbærende scanning, med den håndholdte 3D laserscanningssynkronisering, kan scanningsvinkelproblemer forårsaget af datahuller suppleres af den håndholdte scanner, fleksibelt og praktisk. Den anden er at supplere og reparere de manglende data under databehandlingen, herunder maskeoptimering, huludfyldning, udglatning og slibning og andre midler. Blandt dem er hulfyldning den mest kritiske, herunder krumning, tangent, plan, indre huller, grænsehuller, brodannelse og mange andre metoder. Sammenlignet med de traditionelle restaureringsmetoder kan du gennem den tredimensionelle laserscanning for at opnå højpræcisionsdata etablere en mere realistisk digital tredimensionel model, brugen af software til virtuel restaurering, for at give en række restaureringseffekter end udvælgelse, som grundlag for at forbedre det reelle restaureringsprogram. Virtuel restaurering indeholder hovedsageligt kulturelle relikvier materiale kropsgab udfyldning, maleri reparation, tekstur restaurering og så videre. Efter reparation bliver modellen glat og glat og klare konturer.
Konklusion og udsigt
4.1 Konklusion
Gennem kombinationen af tredimensionel laserscanning og 3D-printteknologi beskrives den nuværende situation for beskyttelse og restaurering af kulturelle relikvier, arbejdsprincippet, den grundlæggende proces og dens fordele. Tredimensionel laserscanningsreparation af kulturelle levn gendannes ikke kun med høj præcision, men kan også effektivt undgå sekundær skade på kulturelle levn i processen med digitalisering af kulturlevn. Processen har unikke fordele inden for beskyttelse og restaurering af kulturelle relikvier og kan løse de traditionelle kulturelle relikvier digital informationsopbevaring og nøjagtig restaurering af problemet. På nuværende tidspunkt, Dunhuang Mogao Grottoes skulptur successiv brug af laserscanning og 3D-print teknologi for at opnå den digitale arkivering af kulturelle relikvier og kulturelle relikvier reproduktion, teknologien modnes gradvist, mangfoldigheden af processen bliver gradvist forbedret.
4.2 Outlook
På nuværende tidspunkt er de problemer, der skal løses yderligere, diversificeringen af 3D-udskrivningsråmaterialer, antallet af 3D-printerdyser og mængden af 3D-udskrivning for yderligere at forbedre effektiviteten og anvendeligheden af 3D-udskrivning. Samtidig kan laserscanningen kombineret med 3D-printteknologi integreres i hyperspektral teknologi på basis af laserscanning, laserscanning af højpræcisionsmodeller og højpræcisionstekstur opnået fra close-up fotogrammetriintegration, kan du realisere modellen for kulturlevn og farven på den højpræcise dobbeltrestaurering og reparation, som har stor praktisk betydning for kulturlevnernes beskyttelse og restaurering. Efter scanning af det digitale arkiv af den elektroniske punktsky kan kulturlevnmodellen gemmes i databasen, gennem internettet og cloud storage-teknologi, kombineret med virtual reality VR-teknologi, for at bygge et online digitalt museum, så turister kan realiseres uden at forlade hjem for at besøge online browsing. 3D-print af kulturlevn kan også bruges til selve udstillingen af kulturlevn og de relaterede industrier af temaet uddannelse. Populariseringen og anvendelsen af denne teknologi er af stor betydning.
