Kültürel emanetler, ülkenin değerli tarihi zenginlikleri, tarihi araştırmaları, bilimsel rehberliği ve büyük önem taşıyan diğer yönleridir. Bununla birlikte, zamanın geçmesiyle birlikte, hem kalıntıların doğal olarak aşınması hem de kazara yok edilmesi de dahil olmak üzere, kültürel kalıntıların zarar görmesi çoğu zaman kaçınılmaz hale gelir.
Nisan 2019'da Fransa'daki Notre Dame de Paris, şimdiye kadarki en kötü yangını yaşadı; kilisenin tepesindeki ahşap yapı tamamen yıkıldı, geride yalnızca taş kalıntıları kaldı ve büyük miktarda hasar oluştu. Neyse ki, Notre Dame'ın dijital 3 boyutlu nokta bulutu modeli, yok edilmeden önce elektronik ortamda arşivlendi ve Notre Dame'ın mevcut verilere göre tek tek onarılabilecek hasarlı kısımlarının yeniden inşasını desteklemek için yeterli ve doğru veriler sağlandı.
Lazer tarama ve dijitalleştirilmiş 3D arşiv modeli, mirasın korunmasına ve restorasyonuna yardımcı olabilir ve restorasyonun özgünlüğünü ve doğruluğunu garanti edebilir. İlgili araştırmacılar, Çin'de kültürel eserlerin korunması alanında 3D lazer tarayıcının uygulanmasını teknoloji gelişimi, çalışma prensibi ve kazanımları açısından özetlediler. Zhang Xiaoqing ve diğerleri. 3D lazer tarama ve modelleme ile ilgili teknoloji açısından kültürel kalıntıların yeniden inşasında 3D baskının uygulanmasını inceledi. Bu makale, geleneksel kültürel kalıntıların sayısallaştırılması, bilgilerin saklanması ve sorunun doğru şekilde onarılması sorunlarını çözmek için, üç boyutlu lazer tarama ve 3D baskı iki teknolojisinin birleşimi açısından kültürel kalıntıların korunmasının dijitalleştirilmesinin temel sürecini açıklamaktadır.
Öncelikle çalışma prensibi
Temassız tarama yöntemini kullanan lazer tarama, büyük miktardaki verilerin hedef yüzeyini hızlı bir şekilde elde edebildiği için, kültürel kalıntıların korunmasında olağanüstü avantajlara sahiptir. Üç boyutlu lazer tarama, nesnenin yüzeyindeki geometrik görüntü verilerinin dizisini elde etmek için esas olarak yüksek hızlı lazer tarama ölçüm yöntemiyle nokta bulutu şeklinde yapılır. Geleneksel ölçümle elde edilen veriler, sunulan çizimler sayesinde sonuçta iki boyutlu hale geliyor. Geleneksel ölçümlerden farklı olarak, 3D lazer tarama, verileri yalnızca düzlemsel konum ve yükseklik bilgilerini değil aynı zamanda test edilen nesnenin RGB renk ve yansıma bilgilerini de içeren üç boyutlu biçimde elde eder. Bu nedenle 3 boyutlu lazer tarama ile elde edilen bilgiler oldukça kapsamlıdır.
3D lazer tarayıcı, nesneyi belirli bir yatay ve dikey tarama çözünürlüğüne uygun olarak ölçmek için yayan ışık kaynağı olarak bir lazer kullanır ve ölçülen nesnenin yüzey verilerini elde etmek için temassız bir yöntem kullanır. Uzamsal nokta koordinatlarının hesaplanması ilkesi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Lazer, ölçülecek nesneden tarama merkezine kadar olan S mesafesini elde etmek için kullanılır ve daha sonra cihazın içine yerleştirilmiş hassas saat kontrollü kodlayıcı, yatay tarama açısı gözlem değerini ve boylamsal tarama açısı gözlem değerini senkronize olarak ölçmek için kullanılır. Her bir lazer darbesi ve ölçülen noktanın uzamsal üç boyutlu koordinatları, bir çizgi elemanı ve iki açısal öğe kullanılarak uzamsal üç boyutlu geometrik ilişki yoluyla hesaplanabilir. Uzaysal noktanın X, Y, Z koordinatları. 3D lazer taramayla elde edilen veriler genellikle ekipman içinde ayrı bir koordinat sisteminde bulunur; X ekseni enine tarama düzleminde, YY ekseni enine tarama düzleminde X eksenine dik ve Z ekseninde bulunur. enine tarama düzlemine dik.
Uzamsal nokta koordinat hesaplamasının Yukarıdaki Prensip diyagramı
3D baskı teknolojisi, üç boyutlu nesneleri basmak, dilimleme kullanmak ve daha sonra yörüngenin restorasyonunu yeniden oluşturmak, dijital modeli geri yüklemek için yörünge istifleme ilkesini takip etmek üzere yüksek sıcaklıkta eriyen hammaddeleri kullanmaktır. 3D baskı teknolojisi ortada ortaya çıktı{{ 3}}'ler aslında ışıkla kürleme, kağıt laminasyonu ve en son katmanlı üretim cihazı gibi diğer teknolojilerin kullanılmasıdır. Temelde sıradan baskı ile aynı çalışma prensibidir; yazıcı metal, seramik, plastik, kum ve ham maddeler gibi diğer farklı malzemeleri kullanarak, bilgisayar kontrollü dilimleme yörüngesi aracılığıyla bilgisayara bağlanır, ham maddeleri katman katman kullanır. aşağıdan yukarıya yığının yörüngesine ve sonuçta bilgisayarın dijital üç boyutlu elektronik modeli fiziksel bir nesneye taramasına kadar.
İkincisi, teknik avantajların analizi
Üç boyutlu lazer tarama yüksek bir hıza (saniyede yaklaşık 1 milyon nokta), hedefe temas etmeye gerek duymaz (temassız ölçüm), büyük miktarda veriye, yüksek doğruluğa ve diğer özelliklere sahiptir. Bunlar arasında, temassız ölçüm, ölçülen nesnenin yüzeyinde büyük miktarda veri elde edebilir ve kültürel kalıntıların dijitalleştirilmesi sürecinde kültürel kalıntılara temastan kaynaklanan zararları etkili bir şekilde önleyebilir. Aynı zamanda ölçülen hedefin yapısı ne kadar karmaşık olursa olsun orijinal görünümüne uygun olarak elde edilebilmektedir. 3D lazer taramanın ölçüm doğruluğu, kültürel kalıntıların orijinal görünümünü doğru bir şekilde kaydedebilen ve arşivleme için yüksek hassasiyetli 3D sayısallaştırılmış modeller elde edebilen milimetre seviyesine ve hatta milimetrenin altındaki seviyeye ulaşabilir. 3D baskı teknolojisinin kullanımı, arşivlenmiş yüksek hassasiyetli dijitalleştirilmiş kültürel kalıntıların uygun ayarlamalar ve modifikasyonlar için taranmasından, modeli yazdırmak için 3D yazıcıların kullanılmasından ve ardından modelin cilalanmasından, renklendirilmesinden ve diğer son işlemlerden sonra taranabilir. kültürel kalıntıların bir kopyasını edinin. 3D baskı teknolojisinin avantajı, modelin yüksek hıza ulaşması, modelin yüksek hassasiyetteki restorasyonunun lazer taramaya sorunsuz bir şekilde bağlanabilmesidir. Dolayısıyla kültürel kalıntıların dijitalleştirilmesi ve restorasyonunda kullanılan üç boyutlu lazer tarama ve 3 boyutlu baskı teknolojisinin birleşimi benzersiz bir avantaja sahip.
Üçüncüsü, temel süreç
Kültürel kalıntıların dijitalleştirilmesine ve alanın restorasyonuna yardımcı olmak için üç boyutlu lazer tarama ve 3D baskının bir arada kullanılması, mevcut ana akım gelişme eğilimidir. Ölçülen hedefin kısa mesafeli, yüksek doğruluk gereksinimleri vardır, kültürel kalıntıların korunması için uygulanan üç boyutlu lazer tarama genellikle elde taşınan veya istasyon taşımalı olarak seçilir ve enstrümantasyonun hedefini elde etmek için faz farkı ilkesi uygulanır. Temel süreç temel olarak aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi hedef konuşlandırmayı, veri toplamayı, model birleştirmeyi, model işlemeyi, model dilimlemeyi, 3D yazdırmayı ve diğer hususları içerir. Farklı aşamalardaki süreç akışını göstermek için Zhaozhou Köprüsü'nü örnek olarak alın.
3.1 Hedef Yerleştirme
İki komşu istasyon arasında en az 3 çift hedef olacak şekilde, köprünün etrafına küresel hedefleri eşit şekilde yerleştirin. 3 çift küresel hedef, daha sonraki bir aşamada aynı adla komşu verilerin hizalanmasının temelini bulamamayı önlemek amacıyla, aynı düz çizgiye yerleştirilmelerini önlemek için farklı yüksekliklerde, kademeli olarak yerleştirilmiştir.
3.2 Veri Toplama
Uygun açıyı seçin, istasyonu taşıyan üç boyutlu lazer tarayıcıyı kurun, cihaz üzerinde tarama çözünürlüğünü ve kameranın çekim şeklini ayarlayın, tarama süresini kontrol edin ve hedefin 360 derece yönsüz taramasını gerçekleştirin. Hedef taraması tamamlandı, hedef top taramasının doğruluğunu kontrol edin, küresel koordinatlara uyacak şekilde yüzey nokta bulutu kullanma koşullarını karşılayıp karşılamadığını doğrulayın, doğruluk yeterli değilse yüksek çözünürlüklü yönlü tarama yapmanız gerekir. küresel hedef. Kürenin merkezini yerleştirme koşulları karşılanana kadar tekrar tekrar kontrol edin.
3.3 Model Ekleme
Lazer taramanın çalışma prensibine göre komşu istasyonlardan elde edilen veriler farklı bağımsız koordinat sistemlerindedir. Çok istasyonlu verilerin koordinat sistemini birleştirmek için ICP prensibini ve diğer ilgili algoritmaları kullanmak, yani model hizalamasını tamamlamak ve tam noktayı elde etmek için komşu istasyonların bulut verileri arasındaki dönüş matrisini hesaplayarak kullanmak gerekir. Köprü gövdesinin bulut modeli.
3.4 Model İşleme
Hizalamadan sonra elde edilen köprü gövdesinin nokta bulutu modelinin gürültüden arındırılması, düzene sokulması, bölümlere ayrılması ve özellik çıkarılmasından sonra, yüzey verileri modellenir ve yeniden yapılandırılır ve model yeniden yapılandırması genellikle ızgarayı oluşturmak için nokta bulutunu kullanma yöntemini benimser. kavisli kültürel kalıntılar için. Bu yöntem yüksek doğruluk, iyi yüzey uyumu ve yüksek otomasyona sahiptir. Yeniden oluşturulan köprü ızgara modeli, köprünün dijital üç boyutlu elektronik modelini elde etmek ve arşivlemek ve veritabanına kaydetmek için kaplama, delik doldurma, ızgara onarımı, yumuşatma, keskinleştirme, doku haritalama vb. yöntemlerle işlenir.
3.5 Model dilimleme ve 3 boyutlu yazdırma
3D baskı teknolojisini kullanarak, arşivlenmiş yüksek hassasiyetli dijitalleştirilmiş elektronik kültürel kalıntı modeli uygun şekilde ayarlanıp değiştiriliyor ve bilgisayar, model dilimleme, baskı restorasyon yörüngesini hesaplama ve G kodu oluşturma için kullanılıyor. Uygun 3D yazıcıyı ve hammaddeleri seçmek için kültürel kalıntıların malzeme türüne göre, 3D yazıcıya G kodu girişi, yazıcı, katman katman istifleme ilkesinin yörüngesini takip etmek için nozul yüksek sıcaklıkta eriyen hammaddeleri kullanır Dijital modelin gerçeğine döndürülmesi. Fiziksel obje, restorasyonun zarar görmüş kısmı gerçek kültürel eserler için kullanılabileceği gibi, gerçek kültürel eserler yerine sergiyi ziyaret etmek için de kullanılabilir.
Zhaozhou Köprüsü aşamalı süreç sonuçları aşağıda gösterilmiştir.
3.6 Veri Tamamlayıcı Geri Yükleme
İstasyon taşıyan 3D lazer tarayıcı ile tarama yaparken veri boşluklarının oluşması kaçınılmaz olup, veri eksikliği dijital modellerin kurulmasında ve 3D baskıda zorluk yaratacaktır. Bu tür sorunlar iki yöntemle çözülebilir. Bunlardan biri, istasyon taşıyan taramanın tek kullanımına ek olarak, elde taşınır 3D lazer tarama senkronizasyonu ile veri boşluklarından kaynaklanan tarama açısı sorunlarının, esnek ve kullanışlı bir şekilde elde taşınır tarayıcı ile tamamlanabilmesidir. Diğeri ise ağ optimizasyonu, delik doldurma, yumuşatma ve keskinleştirme ve diğer yöntemler de dahil olmak üzere veri işleme sırasında eksik verileri tamamlamak ve onarmaktır. Bunlar arasında eğrilik, teğet, düzlem, iç delikler, sınır delikleri, köprüleme ve diğer birçok yöntem dahil olmak üzere delik doldurma en kritik olanıdır. Geleneksel restorasyon yöntemleriyle karşılaştırıldığında, yüksek hassasiyetli veriler elde etmek için üç boyutlu lazer tarama yoluyla, daha gerçekçi bir dijital üç boyutlu model oluşturabilir, sanal restorasyon için yazılım kullanarak, daha çeşitli restorasyon efektleri sağlayabilirsiniz. gerçek restorasyon programının iyileştirilmesi için bir temel olarak seçim. Sanal restorasyon esas olarak kültürel kalıntılar malzeme gövde boşluk doldurma, boyama onarımı, doku restorasyonu vb. içerir. Onarımdan sonra model pürüzsüz, pürüzsüz ve net hatlara sahip olur.
Sonuç ve Beklenti
4.1 Sonuç
Üç boyutlu lazer tarama ve 3 boyutlu baskı teknolojisinin bir araya getirilmesiyle kültürel eserlerin korunması ve restorasyonunun mevcut durumu, çalışma prensibi, temel süreci ve avantajları anlatılıyor. Kültürel kalıntıların üç boyutlu lazer taramalı onarımı yalnızca yüksek hassasiyetle restore edilmekle kalmaz, aynı zamanda kültürel kalıntıların dijitalleştirilmesi sürecinde kültürel kalıntıların ikincil hasar görmesini de etkili bir şekilde önleyebilir. Sürecin, kültürel kalıntıların korunması ve restorasyonu alanında benzersiz avantajları vardır ve geleneksel kültürel kalıntıların dijital bilgi saklama ve doğru restorasyon sorununu çözebilir. Şu anda, Dunhuang Mogao Mağaraları, kültürel kalıntıların dijital arşivlenmesini ve kültürel kalıntıların çoğaltılmasını sağlamak için lazer tarama ve 3D baskı teknolojisinin art arda kullanımını heykelleştiriyor, teknoloji yavaş yavaş olgunlaşıyor, sürecin çeşitliliği yavaş yavaş geliştiriliyor.
4.2 Görünüm
Şu anda çözülmesi gereken sorunlar, 3D baskı hammaddelerinin çeşitlendirilmesi, 3D yazıcı püskürtme memelerinin sayısı ve 3D baskının verimliliğini ve pratikliğini daha da artırmak için 3D baskı hacmidir. Aynı zamanda, 3D baskı teknolojisi ile birleştirilmiş lazer tarama, lazer tarama temelinde hiperspektral teknolojiye entegre edilebilir, yüksek hassasiyetli modellerin lazer taraması ve yakın çekim fotogrametri entegrasyonundan elde edilen yüksek hassasiyetli dokuyu gerçekleştirebilirsiniz. kültürel kalıntıların modeli ve kültürel kalıntıların korunması ve restorasyonu için büyük pratik öneme sahip olan yüksek hassasiyetli çift restorasyon ve onarımın rengi. Elektronik nokta bulutu kültürel kalıntı modelinin dijital arşivi tarandıktan sonra, çevrimiçi bir dijital müze oluşturmak için internet ve bulut depolama teknolojisi aracılığıyla sanal gerçeklik VR teknolojisi ile birleştirilmiş veritabanında saklanabilir, böylece turistler ayrılmadan gerçekleştirilebilir. Çevrimiçi taramayı ziyaret etmek için ana sayfaya gidin. Kültürel kalıntıların 3 boyutlu baskısı, kültürel kalıntıların ve eğitim temasıyla ilgili endüstrilerin fiili sergilenmesi için de kullanılabilir. Bu teknolojinin yaygınlaşması ve uygulanması büyük önem taşıyor.
