Как 3D‑сканеры помогают сохранить культурное наследие

Проект 3D‑сканирования древней маски | Подготовка к работе | 3D‑сканирование и сбор данных в реальном времени | Постобработка и создание модели | Работа с текстурами | Неоценимая роль 3D‑сканеров в реставрации и археологии

Саньсиндуй – археологический памятник и важная культура раннего бронзового века на территории современного Гуаньгана (Сычуань, Китай). Первые находки были сделаны в 1927 г., а в 1986‑м археологи раскопали артефакты, которые по данным радиоуглеродного датирования были отнесены к XII‑XI вв. до н.э. Типичная стоянка культуры Саньсиндуй, где найдены эти исторические ценности, отождествляется археологами с древним царством Шу. Артефакты представлены в музее Саньсиндуй, расположенном недалеко от города Гуаньган.

Проект 3D‑сканирования древней маски

Бронзовые статуи, бронзовые и золотые маски и другие редкие сокровища – необыкновенные находки, подтверждающие величие древней цивилизации Саньсиндуй. Свой вклад в дело cохранения исторических ценностей внесла компания ZG Technology: благодаря использованию технологии 3D‑измерений сбор данных и реставрация культурных реликвий стали более эффективными и точными, чем когда-либо прежде.

Слева: подготовка маски к оцифровке. Справа: RigelScan Plus и данные сканирования

1. Подготовка к работе

3D‑сканер выполняет измерение золотой маски бесконтактно, также нет необходимости размещать на ее поверхности маркеры, поэтому риск повреждения объекта сканирования сводится к минимуму.

Вокруг маски были расставлены отражающие маркеры и магнитные кубики, чтобы RigelScan Plus определял систему координат в процессе 3D‑сканирования.

2. 3D‑сканирование и сбор данных в реальном времени

По завершении подготовки, занявшей менее двух минут, маска была готова к сканированию. Система RigelScan Plus с 22 синими лазерными линиями высокой четкости способна очень быстро сканировать любые поверхности – скорость измерений достигает 1 миллиона 350 тысяч точек в секунду (у обновленной модели 2023 года – 2,1 точек в секунду). Лазерные линии могут автоматически адаптироваться к отражательной способности и цвету поверхности, что избавило инженеров от необходимости наносить что-либо на нее заранее.

На протяжении всего процесса сканирования инженеры в полной мере использовали ZGScan, простое в использовании программное обеспечение, управляющее всем процессом сбора 3D‑данных. Процесс сканирования отображается в программе в режиме реального времени, что позволяет быстро проверить качество 3D‑сканирования и выявить участки, требующие дополнительных данных или просто пропущенные.

Данные сканирования золотой маски

3. Постобработка и создание модели

После выполнения сканирования полученные данные могут быть обработаны в программном обеспечении. При этом выполняются такие задачи, как оптимизация сетки, упрощение, наилучшее совмещение, заполнение отверстий и т.д. Затем создается идеальная цифровая модель золотой маски. Данные сканирования можно использовать для 3D‑визуализации, 3D‑печати и прочего.

4. Работа с текстурами

ПО Smart 3D Texture Mapping, разработанное компанией ZG Technology, является одной из самых передовых в мире программ отображения текстур. В ней реализована автоматическая регистрация между 3D‑данными и многоцветными 2D‑изображениями. Одновременно может быть автоматически отображено более тысячи изображений.

Для применения технологии, носящей название Art Mapping, к цифровой модели золотой маски необходимо снять объект камерой с разных сторон для построения региональной сети, затем зарегистрировать сеть с данными трехмерного облака точек для создания модели с текстурой.

Слева: фотографирование золотой маски. Справа: идеальный результат отображения текстур

Эти данные послужат основой для создания в музее Саньсиндуй высокоточного цифрового изображения золотой маски, которое может быть использовано для 3D‑визуализации и исследовательских целей. Что особенно важно, эти данные окажут неоценимую помощь ученым и реставраторам в изучении истории Саньсидуйской цивилизации.

Неоценимая роль 3D‑сканеров в реставрации и археологии 

1. Реставрация

Являясь ценным историческим наследием, культурные реликвии неповторимы и чрезвычайно хрупки. При отсутствии исходных данных их крайне сложно отреставрировать или воссоздать в случае повреждения.

1.1. Помощь в восстановлении поврежденного исторического здания

15 апреля 2019 года в Париже произошел пожар под крышей собора Нотр-Дам де Пари. К моменту, когда огонь был потушен, шпиль здания обрушился, большая часть крыши была уничтожена, а верхние стены сильно повреждены.

После того как президент Франции Эмманюэль Макрон объявил, что собор будет восстановлен, выяснилось, что важную помощь может оказать игра Assassin's Creed Unity, поскольку в ней есть 3D‑модель собора. Это говорит о важности технологии 3D‑сканирования для реставрации исторических зданий. Так как Собор Парижской Богоматери уже был оцифрован 3D‑сканером, процесс реставрации значительно облегчается.

1.2. Соединение фрагментов культурных реликвий

Процесс соединения фрагментов археологических ценностей

Во время раскопок многие исторические реликвии обнаруживаются разбитыми на мелкие фрагменты и нуждаются в восстановлении. При использовании традиционного способа воссоединения фрагментов требуется много времени, чтобы идеально их совместить, при этом артефакты легко повредить. 3D‑сканирование позволяет значительно упростить этот процесс. Фрагменты могут быть оцифрованы 3D‑сканером и соединены виртуально, а затем выполняется совмещение реальных фрагментов в соответствии с подготовленной трехмерной моделью.

1.3. Сохранение и реставрация стенных росписей

Фрески и другие виды стенных росписей, являясь ценным культурным достоянием, очень легко повреждаются и нуждаются в тщательной консервации. Однако обнаружить изменения в настенной живописи только при внешнем осмотре достаточно сложно, и в этом случае технология 3D‑сканирования окажется как нельзя кстати. Изменения в росписях легко зафиксировать при сравнении данных сканирования, полученных в разное время.

Выявление изменений стенной росписи

2. Цифровая археология

С помощью технологии 3D‑сканирования традиционная археология обрела новую жизнь в цифровом формате. Цифровая археология – это не только возможность сохранения культурно-исторических объектов, но и тенденция развития отрасли в информационную эпоху. Цифровые технологии не только помогают в проведении археологических раскопок, но и дают возможность оцифровать их и обеспечить сохранение данных для последующих исследований, охраны и демонстрации.

Проект сканирования Саньсиндуйских реликвий – это удивительный диалог между современными технологиями и древней цивилизацией. Но технологии смотрят и в будущее, ведь, как говорится, инновации никогда не прекращаются.

Статья опубликована 21.07.2023 , обновлена 11.09.2023