Les relíquies culturals són la valuosa riquesa històrica del país, la investigació històrica, l'orientació científica i altres aspectes de gran importància. No obstant això, amb el pas del temps, els danys a les relíquies culturals són sovint inevitables, cosa que inclou tant la meteorització natural de les mateixes relíquies com la destrucció accidental.
L'abril de 2019, Notre Dame de París de França va patir el pitjor incendi de la història, amb l'estructura de fusta de la part superior de l'església completament destruïda, deixant només restes de pedra i una gran quantitat de danys. Afortunadament, el model digital de núvols de punts 3D de Notre Dame es va arxivar electrònicament abans de la seva destrucció, proporcionant dades suficients i precises per donar suport a la reconstrucció de les parts danyades de Notre Dame, que es poden restaurar una per una a partir de les dades existents.
L'escaneig làser i el model d'arxiu 3D digitalitzat poden ajudar a la conservació i restauració del patrimoni i garantir l'autenticitat i la precisió de la restauració. Els investigadors rellevants van resumir l'aplicació de l'escàner làser 3D en el camp de la protecció de les relíquies culturals a la Xina des dels aspectes del desenvolupament tecnològic, el principi de funcionament i els assoliments. Zhang Xiaoqing et al. va estudiar l'aplicació de la impressió 3D en la reconstrucció de relíquies culturals des dels aspectes de la tecnologia d'escaneig làser 3D i modelatge relacionat. Aquest article descriu el procés bàsic de digitalització de la protecció de les relíquies culturals des del punt de vista de la combinació de dues tecnologies d'escaneig làser tridimensional i impressió 3D, per tal de resoldre la retenció d'informació de digitalització de relíquies culturals tradicionals i la restauració precisa del problema.
En primer lloc, el principi de treball
L'escaneig làser mitjançant el mètode d'escaneig sense contacte, pot obtenir ràpidament la superfície objectiu de les dades massives, en la protecció de les relíquies culturals té avantatges excepcionals. L'escaneig làser tridimensional es fa principalment mitjançant el mètode de mesurament d'escaneig làser d'alta velocitat, en forma de núvol de punts per obtenir la matriu de dades d'imatge geomètrica a la superfície de l'objecte. Les dades obtingudes mitjançant la mesura tradicional són, en definitiva, de forma bidimensional, a través dels dibuixos presentats. A diferència de les mesures tradicionals, l'escaneig làser 3D adquireix dades en forma tridimensional, que no només conté informació sobre la posició plana i l'elevació, sinó també informació sobre el color RGB i la reflectància de l'objecte a prova. Per tant, la informació obtinguda mitjançant l'escaneig làser 3D és molt completa.
L'escàner làser 3D utilitza un làser com a font de llum emissora per mesurar l'objecte d'acord amb una determinada resolució d'escaneig horitzontal i vertical, i adopta un mètode sense contacte per obtenir les dades de la superfície de l'objecte mesurat. El principi del càlcul de coordenades de punts espacials es mostra a la figura següent. El làser s'utilitza per obtenir la distància S des de l'objecte a mesurar fins al centre d'escaneig, i després el codificador de precisió controlat per rellotge integrat dins del dispositiu s'utilitza per mesurar de manera sincrònica el valor d'observació de l'angle d'escaneig horitzontal i el valor d'observació de l'angle d'escaneig longitudinal de cada pols làser i les coordenades tridimensionals espacials del punt mesurat es poden calcular mitjançant la relació geomètrica tridimensional espacial utilitzant un element de línia i dos elements angulars. Coordenades X, Y, Z del punt espacial. Les dades adquirides per l'escaneig làser 3D solen estar en un sistema de coordenades independent dins de l'equip, amb l'eix X al pla d'escaneig transversal, l'eix YY al pla d'exploració transversal perpendicular a l'eix X i l'eix Z. perpendicular al pla d'exploració transversal.
A dalt Diagrama de principis de càlcul de coordenades de punts espacials
La tecnologia d'impressió 3D és imprimir objectes tridimensionals, l'ús del tall i després reconstruir la restauració de la trajectòria, les matèries primeres de fusió a alta temperatura per seguir el principi de l'apilament de la trajectòria per restaurar el model digital. La tecnologia d'impressió 3D va aparèixer a mitjan {{ 3}}s, de fet, és l'ús de fotopolimerització i laminació de paper i altres tecnologies com l'últim dispositiu de fabricació additiva. Bàsicament és el mateix principi de funcionament amb la impressió ordinària, la impressora utilitza metall, ceràmica, plàstics, sorra i altres materials diferents, com ara matèries primeres, connectades a l'ordinador, mitjançant la trajectòria de tall controlada per ordinador, les matèries primeres capa per capa segons a la trajectòria de la pila de baix a dalt i, finalment, a l'ordinador sobre l'escaneig del model electrònic digital tridimensional en un objecte físic.
En segon lloc, l'anàlisi dels avantatges tècnics
L'escaneig làser tridimensional té una velocitat ràpida (gairebé 1 milió de punts per segon), no cal contactar amb l'objectiu (mesura sense contacte), gran quantitat de dades, alta precisió i altres característiques. Entre ells, el mesurament sense contacte pot obtenir dades massives a la superfície de l'objecte mesurat, evitant de manera efectiva el dany per contacte a les relíquies culturals en el procés de digitalització de les relíquies culturals. Al mateix temps, per molt complexa que sigui l'estructura de l'objectiu mesurat, es pot adquirir d'acord amb l'aspecte original. La precisió de mesura de l'escaneig làser 3D pot assolir un nivell mil·límetre o fins i tot un nivell submilimètric, que pot registrar amb precisió l'aspecte original de les relíquies culturals i obtenir models digitalitzats en 3D d'alta precisió per arxivar. L'ús de la tecnologia d'impressió 3D es pot escanejar després de les relíquies culturals digitalitzades d'alta precisió arxivades per als ajustos i modificacions adequats, l'ús d'impressores 3D per imprimir el model i després polir, pintar i altres processaments posteriors del model, per obtenir una còpia de les relíquies culturals. La tecnologia d'impressió 3D és l'avantatge del model en una velocitat ràpida, el model d'alta precisió de la restauració es pot connectar perfectament a l'escaneig làser. Per tant, la combinació de l'escaneig làser tridimensional i la tecnologia d'impressió 3D utilitzada en la digitalització i restauració de relíquies culturals té un avantatge únic.
En tercer lloc, el procés bàsic
L'ús de l'escaneig làser tridimensional i la impressió 3D combinats per ajudar a la digitalització de les relíquies culturals i la restauració del camp és la tendència de desenvolupament actual. L'objectiu mesurat té una distància curta i requisits d'alta precisió, aplicat a la protecció de les relíquies culturals de l'escaneig làser tridimensional, normalment es selecciona de mà o de transport d'estació i el principi de diferència de fase per obtenir l'objectiu de la instrumentació. El procés bàsic inclou principalment el desplegament d'objectius, l'adquisició de dades, l'empalmament de models, el processament de models, el tall de models, la impressió 3D i altres aspectes, tal com es mostra a la figura següent. Prengui Zhaozhou Bridge com a exemple per il·lustrar el flux del procés en diferents etapes.
3.1 Col·locació d'objectius
Col·loqueu objectius esfèrics uniformement al voltant del pont, amb no menys de 3 parells d'objectius entre dues estacions veïnes. 3 parells d'objectius esfèrics estan situats a diferents altures, esglaonats per evitar col·locar-los en una mateixa línia recta, per evitar que posteriorment no es pugui trobar la base per a l'alineació de les dades veïnes amb el mateix nom.
3.2 Adquisició de dades
Seleccioneu l'angle adequat, configureu l'escàner làser tridimensional que transporta l'estació, configureu la resolució d'escaneig al dispositiu i la forma en què dispara la càmera, controleu el temps d'escaneig i realitzeu una exploració no direccional de 360 graus de l'objectiu. S'ha completat l'escaneig de l'objectiu, comproveu la precisió de l'exploració de la bola diana, confirmeu si compleix les condicions d'ús del núvol de punts de la superfície per adaptar-se a les coordenades esfèriques, si la precisió no és suficient, heu de dur a terme un escaneig direccional d'alta resolució de l'objectiu esfèric. Comproveu repetidament fins que es compleixin les condicions per ajustar el centre de l'esfera.
3.3 Empalmament del model
Segons el principi de funcionament de l'escaneig làser, les dades adquirides per les estacions veïnes es troben en diferents sistemes de coordenades independents. Cal utilitzar el principi d'ICP i altres algorismes relacionats per unificar el sistema de coordenades de dades de diverses estacions, és a dir, calculant la matriu de rotació entre les dades del núvol de les estacions veïnes per completar l'alineació del model i obtenir el punt complet. model de núvol del cos del pont.
3.4 Processament de models
Després de la eliminació del soroll, la racionalització, la segmentació i l'extracció de característiques del model de núvol de punts del cos del pont obtingut després de l'alineació, les dades de la superfície es modelen i es reconstrueixen, i la reconstrucció del model normalment adopta la manera d'utilitzar el núvol de punts per construir la quadrícula. per a relíquies culturals corbes. Aquest mètode té una alta precisió, un bon ajust a la superfície i una gran automatització. El model de quadrícula del pont reconstruït es processa mitjançant la pell, l'ompliment de forats, la reparació de la quadrícula, l'allisat, l'afinament, el mapatge de textures, etc., per obtenir el model electrònic tridimensional digital del pont i arxivar-lo i desar-lo a la base de dades.
3.5 Tall de models i impressió 3D
Mitjançant la tecnologia d'impressió 3D, el model de relíquies culturals electròniques digitalitzades d'alta precisió arxivada s'ajusta i es modifica adequadament, i l'ordinador s'utilitza per tallar el model, calcular la trajectòria de restauració d'impressió i generar codi G. Segons el tipus de material de les relíquies culturals per seleccionar la impressora 3D i les matèries primeres adequades, l'entrada del codi G a la impressora 3D, la impressora utilitza matèries primeres de fusió d'alta temperatura del broquet per seguir la trajectòria del principi d'apilament capa per capa del model digital es torna a la realitat. L'objecte físic es pot utilitzar per a relíquies culturals reals danyades part de la restauració, també es pot utilitzar per visitar l'exposició en lloc de relíquies culturals reals.
A continuació es mostren els resultats del procés en fases del pont de Zhaozhou.
3.6 Restauració suplementària de dades
Quan s'escaneja amb l'escàner làser 3D que porta l'estació, és inevitable que sorgeixin llacunes de dades i la manca de dades comportarà dificultats per a l'establiment de models digitals i la impressió 3D. Aquests problemes es poden resoldre per dos mitjans. Un, a més de l'ús únic de l'escaneig de l'estació, amb la sincronització d'escaneig làser 3D portàtil, els problemes d'angle d'escaneig causats per buits de dades es poden complementar amb l'escàner de mà, flexible i còmode. L'altre és complementar i reparar les dades que falten durant el processament de dades, inclosa l'optimització de la malla, l'ompliment de forats, l'allisat i l'afinament i altres mitjans. Entre ells, l'ompliment de forats és el més crític, incloent curvatura, tangent, pla, forats interns, forats de límit, ponts i molts altres mètodes. En comparació amb els mètodes de restauració tradicionals, mitjançant l'escaneig làser tridimensional per obtenir dades d'alta precisió, podeu establir un model tridimensional digital més realista, l'ús de programari per a la restauració virtual, per proporcionar una varietat d'efectes de restauració que el selecció, com a base per a la millora del programa de restauració real. La restauració virtual conté principalment relíquies culturals, ompliment de buits corporals, reparació de pintures, restauració de textures, etc. Després de la reparació, el model es torna suau, suau i contorn clar.
Conclusió i perspectiva
4.1 Conclusió
Mitjançant la combinació d'escaneig làser tridimensional i tecnologia d'impressió 3D, es descriu la situació actual de la protecció i restauració de les relíquies culturals, el principi de funcionament, el procés bàsic i els seus avantatges. La reparació d'escaneig làser tridimensional de les relíquies culturals no només es restaura amb alta precisió, sinó que també pot evitar amb eficàcia danys secundaris a les relíquies culturals en el procés de digitalització de les relíquies culturals. El procés té avantatges únics en l'àmbit de la protecció i restauració de relíquies culturals, i pot resoldre la retenció d'informació digital de les relíquies culturals tradicionals i la restauració precisa del problema. En l'actualitat, Dunhuang Mogao Grottoes escull l'ús successiu d'escaneig làser i tecnologia d'impressió 3D per aconseguir l'arxiu digital de les relíquies culturals i la reproducció de les relíquies culturals, la tecnologia està madurant gradualment, la diversitat del procés s'està millorant gradualment.
4.2 Perspectives
Actualment, els problemes que cal resoldre més són la diversificació de les matèries primeres d'impressió 3D, el nombre de broquets d'impressió 3D i el volum d'impressió 3D per millorar encara més l'eficiència i la practicitat de la impressió 3D. Al mateix temps, l'escaneig làser combinat amb la tecnologia d'impressió 3D es pot integrar a la tecnologia hiperespectral a partir de l'escaneig làser, l'escaneig làser de models d'alta precisió i la textura d'alta precisió obtinguda a partir de la integració de fotogrametria de primer pla, podeu adonar-vos-en. el model de relíquies culturals i el color de la doble restauració i reparació d'alta precisió, que té una gran importància pràctica per a la protecció i restauració de relíquies culturals. Després d'escanejar l'arxiu digital del model de relíquies culturals del núvol de punts electrònics es pot emmagatzemar a la base de dades, a través d'Internet i la tecnologia d'emmagatzematge al núvol, combinada amb la tecnologia VR de realitat virtual, per construir un museu digital en línia, de manera que els turistes es puguin adonar sense sortir. casa per visitar la navegació en línia. La impressió 3D de relíquies culturals també es pot utilitzar per a l'exposició real de relíquies culturals i les indústries relacionades amb el tema de l'educació. La popularització i aplicació d'aquesta tecnologia és de gran importància.
