旋轉環(huán)繞180度，一鍵式自動掃描，數(shù)分鐘后，一尊兵馬俑的形狀與紋理數(shù)據(jù)采集、合成就完成了。
近日，位于古都西安市的西北大學研究團隊研制出了一種新型的文物掃描儀，可以替代人工手持掃描，對珍貴文物進行畫像并留存，大大縮短了文物數(shù)據(jù)采集時間。
圖源：陜西都市報
An iconic Terracotta Warrior remains still, while a robot rotates around it, cameras mounted on its two mechanical arms. In 10 minutes, both arms turn 180 degrees gradually and a "3D portrait" of the cultural relic is created on a computer.
Developed by researchers from Northwest University in Xi'an, capital of northwest China's Shaanxi Province, the robot has been designed to create accurate digital images, contributing to the restoration of cultural relics. It also helps to reduce the time required for digitalizing relics.
這件文物掃描儀名為文物外觀快速采集建模裝置，是中國科學家利用機器視覺、機械臂等技術，花費1年時間研發(fā)而成。那么這臺文物掃描儀采集出相關數(shù)據(jù)后，究竟有什么用呢？
西北大學文化遺產數(shù)字化國地工程中心主任耿國華：“它可以用在后繼的研究，向公眾的展示等方面，還可以為文物的傳播和傳承，做一些貢獻。”
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研發(fā)者是西北大學教師許陽，其博士畢業(yè)于北京航空航天大學儀器光電學院，從事過火箭、飛機的視覺測量技術研究。他將常用于航空航天制造領域的機械臂技術引入文物保護工作。
許陽介紹說，“機械臂最主要的作用是替代人工進行數(shù)據(jù)采集。我們使用的機械臂長度達到1.5米，能使文物的數(shù)字化采集具備自動化和人工干預少的顯著優(yōu)勢。”
他介紹，這款機器人的“眼睛”由結構光三維掃描儀與高分辨率彩色相機構成，名為文物外觀數(shù)據(jù)采集模塊。它的機械臂則類似于軀體，大直徑旋轉平臺形同雙腳。采集過程中，承載了文物外觀數(shù)據(jù)采集模塊的機械臂，布置在旋轉平臺兩側，通過各自環(huán)繞文物旋轉180度，實現(xiàn)文物外觀數(shù)據(jù)的完整采集。
圖源：陜西都市報
Xu Yang, a member of the research team, explained how the system works.
The robot consists of a rotary base, two mechanical arms and two scanning modules, each of which integrates a 3D scanner and a high-resolution camera. The relic is placed in the central part of the base, which is static, while two 1.5-meter arms connected to the periphery of the base revolve around it, and modules move along with the arms to scan. Eventually, a 3D model is generated.
"The mechanical arm has the advantages of automation and less manual intervention," said Xu. "The scanning modules take photos at a distance, minimizing the damage to the relics."
這種數(shù)字化采集方式顯著提升了采集效率。“以一尊兵馬俑為例，如果用人工方式測量、拍照，可能需要半天時間。”許陽說，“用我們研發(fā)的文物外觀快速采集建模裝置，按一個自動掃描鍵，耗時約5分鐘就能自動完成整個掃描步驟，再通過按一個自動處理按鈕，計算出文物表面的三維數(shù)據(jù)。全程10分鐘不到，實現(xiàn)了文物形狀與紋理數(shù)據(jù)的自動采集與合成。”
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此外，測量精度的提高也是該項技術的顯著優(yōu)勢。“我們的采樣密度非常高，點云的點距最小可達0.1毫米。紋理信息的采集分辨率會更高一些，能做到0.05毫米。最終生成一張帶有紋理圖像的文物三維模型。在虛擬環(huán)境中，我們可以對它開展虛擬修復。”許陽說。
He said it can take half a day to establish a 3D model of the Terracotta Warrior by manually measuring and photographing. However, the robot takes less than 10 minutes to scan the relics, calculate the measurement statistics of the surface and form a model.
The 3D models precisely reflect the textures on the surface of the warrior with a resolution of up to 0.05 mm, according to Xu, adding that relics can be displayed and restored in a virtual environment.
綜合來源：陜西都市報 新華社
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