目前文物三維重建的方法主要有攝影測量技術、三維激光掃描技術、結構光掃描技術。3D掃描建模就是基于結構光掃描技術的三維掃描儀,集點云相機、紋理相機和光柵投影系統于一體,3D掃描建模在投射特定的光信號到物體表面后,根據物體造成的光信號的變化來計算物體的位置等信息,獲得包括數以百萬、千萬計的點云數據和文物VR展示全方位高清紋理像片數據,進而復原文物整個數字化三維模型。下面商迪3D對三維掃描儀如何進行文物器物3D掃描建模以及數字化三維模的具體應用進行簡單介紹。
文物3D掃描建模數字化三維模型重建流程
1.進行準備及設備連接。將儀器硬件按照標準安裝好,在三維掃描儀安裝的過程中需要根據每件器物的大小來調整轉臺與三維掃描儀之間的距離以及相機傾斜角度,然后打開3D建模軟件,檢查設備連接情況,出現結構相機、紋理相機以及轉臺已連接成功后才能進行后續操作。
2.三維掃描儀連接成功后進行標定。標定的目的是為了獲得紋理相機、結構相機、轉臺之前的內部參數和外部參數而做的精度計算,通過三維掃描儀標定獲得物體相對于空間的位置關系以及內部之間的轉換參數。在三維掃描儀掃描前如果沒有標定文件或者標定不合格,則無法進行掃描。其中3D掃描建模標定分為外參標定、投影儀標定、轉臺標定,最后將3D掃描建模這三種標定合并起來完成標定。
3.標定完成后開始掃描。根據每件文物VR展示的形狀、大小及復雜程度確定掃描姿態及掃描次數。由于文物具有唯一性及珍貴性,應盡可能以少的姿態獲取文物器物盡可能完整詳盡的數據信息。當每個姿態掃描完成后,都會存在或多或少的噪聲點云,這些噪聲點云在三維掃描儀掃描過程中是無法避免的,這就需要對3D掃描建模每個姿態的點云數據進行編輯,刪除多余的噪點。
4.掃描完成后對獲取的點云數據進行對齊。因為3D掃描建模每個姿態都是相對獨立的坐標系,想要得到完整一致的數字化三維模型點云數據就需要將各個姿態點云數據轉換到同一個參考點云的坐標系下。3D掃描建模這里的對齊方式有標記對齊和幾何對齊,根據被掃文物的不同選擇合適的對齊方式。對齊完成后還需要對點云進行一系列處理,包括去除孤立項、融合點云等,最終獲得的是文物VR展示數字化三維模型所有姿態點云的集合,也就是數字化三維模型完整的點云數據。
5.對齊后需要對完整的點云數據進行三角網格化,得到文物完整的結構模型。
只有將數字化三維模型點云進行網格化后才能進行后續紋理貼圖。網格化后的數字化三維模型可能在一定程度上會存在細小漏洞,如果數字化三維模型存在漏洞就需要進行補漏,數字化三維模型補漏完成后就得到了文物完整的3D掃描建模幾何結構模型。從數字化三維模型上看,文物3D建模紋理細節清晰,脈絡分明。
6.文物的結構數字化三維模型形成后需要對其進行紋理映射,使數字化三維模型具有人眼感官的真實感。紋理映射也叫紋理貼圖,其效果的好壞直接影響最終數字化三維模型的文物VR展示。
文物器物數字化三維模型的應用
文物數字化三維模型的應用有很多,主要有導出高清圖片(任意角度)、動態視頻文物VR展示、3D建模測量距離、3D建模測量角度、3D建模測量表面積、3D建模測量體積等。這些應用為珍貴文物器物三維可視化研究以及文物數字化存檔提供了有力的幫助。
這類掃描器物的三維掃描儀也存在一些不足:其一,三維掃描儀掃描瓶口特征特別狹小或者鏤空結構比較復雜的器物時,很難掃描完全,從而采集不到器物內部的一些3D建模數據信息,這也是這類三維掃描儀的通病;其次,對三維掃描儀掃描的器物大小有一定限制(最大直徑為50cm),不過目前市面上已經有不同類型的三維掃描儀來針對不同大小的文物進行三維掃描建模。隨著計算機信息化飛速的發展,3D掃描建模技術在不斷更新,對文物進行數字化3D建模研究也越來越廣泛,高精度的數字化三維模型真實記錄了文物表面形狀、紋理、顏色等信息,3D掃描建模為文物的保護研究、數字化存儲和3D可視化展示提供了便利。