【光學(xué)案例】考古文物的數(shù)字孿生模型如何獲取？

在考古環(huán)境中，三維掃描技術(shù)應(yīng)用廣泛，如存檔、保存、復(fù)制和分享（包括實(shí)體和虛擬形式）。

文中，通過真實(shí)的掃描案例，您將了解到三維光學(xué)解決方案如何幫助呈現(xiàn)精確細(xì)節(jié)、顯示文物顏色和紋理的掃描網(wǎng)格。

三維掃描技術(shù)在考古環(huán)境中應(yīng)用廣泛，如存檔、保存、復(fù)制和分享（包括實(shí)體和虛擬形式）。在所有這些領(lǐng)域中，光學(xué)三維掃描解決方案能夠呈現(xiàn)出人眼無法直接觀察到的細(xì)節(jié)。通過以下步驟，看看通過添加色彩和紋理，網(wǎng)格能夠變得多么精細(xì)。

高精度掃描數(shù)據(jù)是所有考古項(xiàng)目的基礎(chǔ)。無論是小物件如石頭，還是大型部件如大象的下顎骨，都能通過掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建出真實(shí)的網(wǎng)格模型。此外，利用軟件中的掃描數(shù)據(jù)，還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)部件的數(shù)字組裝。

為了直觀地展示在考古學(xué)中生成彩色和紋理網(wǎng)格的過程，我們掃描了一個(gè)猛犸象的小雕像。

步驟1攝影測(cè)量

準(zhǔn)備工作是攝影測(cè)量的關(guān)鍵。在本例中，我們使用了一個(gè)燈箱，以確保良好的照明條件，避免環(huán)境干擾。為了操作便捷，我們將物體放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，以便從各個(gè)角度快速、直觀地拍攝照片。為了獲得精準(zhǔn)且穩(wěn)定的攝影測(cè)量結(jié)果，并在后續(xù)過程中自動(dòng)將拍攝的照片映射到網(wǎng)格模型上，我們使用了比例尺和編碼參考標(biāo)記。所有的準(zhǔn)備工作確保了照片色彩逼真，沒有任何鏡頭失真。

▲圖1：使用數(shù)碼單反相機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量

▲圖2：帶有燈箱、比例尺和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的攝影測(cè)量裝置

步驟2掃描原件

攝影測(cè)量成功完成后，需要對(duì)物體進(jìn)行掃描。這里使用的是 GOM Scan 1。它能收集高細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，并且其多樣化的測(cè)量體積設(shè)置使得它能夠應(yīng)對(duì)不同尺寸的部件掃描需求。此外，GOM Scan 1輕巧緊湊的設(shè)計(jì)也使其非常適合在移動(dòng)場(chǎng)景中使用。

此外，我們還引入了旋轉(zhuǎn)臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化操作，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)掃描流程。

在使用旋轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行掃描前，需要預(yù)先設(shè)定好旋轉(zhuǎn)步驟（這里我們?cè)O(shè)定了 8 個(gè)步驟）。您還可以選擇啟用檢測(cè)軟件ZEISS INSPECT中的工作流程助手，它可以指導(dǎo)您完成整個(gè)掃描過程。

掃描完成后，接下來是對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行多邊化處理。通過這一步驟，我們可以將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為精確的網(wǎng)格模型，為后續(xù)的精細(xì)調(diào)整和優(yōu)化工作奠定基礎(chǔ)。

▲圖 3：掃描裝置

▲圖4：旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的掃描過程

步驟3在軟件中最終確定網(wǎng)格

現(xiàn)在，您只差一步就能獲得高細(xì)節(jié)、顯示物體的顏色和紋理的網(wǎng)格。在檢測(cè)軟件中，這一目標(biāo)可以迅速實(shí)現(xiàn)。在攝影測(cè)量過程中拍攝的照片現(xiàn)在可以幫助實(shí)現(xiàn)掃描物品的逼真可視化。只需點(diǎn)擊幾下按鈕，就能將收集到的視覺信息傳輸?shù)杰浖械幕A(chǔ)網(wǎng)格中。您將獲得一個(gè)盡可能忠實(shí)于原物的數(shù)字孿生部件。

▲圖 5：檢測(cè)軟件中的彩色紋理網(wǎng)格