Peninggalan budaya adalah kekayaan sejarah negara yang berharga, penelitian sejarah, bimbingan ilmiah dan aspek-aspek lain yang sangat penting. Namun, seiring berjalannya waktu, kerusakan terhadap peninggalan budaya seringkali tidak dapat dihindari, baik karena pelapukan alami dari peninggalan itu sendiri maupun kehancuran yang tidak disengaja.
Pada bulan April 2019, Notre Dame de Paris di Prancis mengalami kebakaran terburuk yang pernah terjadi, dengan struktur kayu di bagian atas gereja hancur total, hanya menyisakan sisa-sisa batu, dan kerusakan yang sangat besar. Untungnya, model point cloud 3D digital Notre Dame telah diarsipkan secara elektronik sebelum dimusnahkan, memberikan data yang cukup dan akurat untuk mendukung rekonstruksi bagian Notre Dame yang rusak, yang dapat dipulihkan satu per satu berdasarkan data yang ada.
Pemindaian laser dan model arsip 3D digital dapat membantu konservasi dan restorasi warisan budaya, serta memastikan keaslian dan keakuratan restorasi. Peneliti terkait merangkum penerapan pemindai laser 3D di bidang perlindungan peninggalan budaya di Tiongkok dari aspek perkembangan teknologi, prinsip kerja, dan pencapaian. Zhang Xiaoqing dkk. mempelajari penerapan pencetakan 3D dalam rekonstruksi peninggalan budaya dari aspek pemindaian laser 3D dan teknologi terkait pemodelan. Makalah ini menjelaskan proses dasar digitalisasi perlindungan peninggalan budaya dari sudut pandang kombinasi dua teknologi pemindaian laser tiga dimensi dan pencetakan 3D, untuk memecahkan retensi informasi digitalisasi peninggalan budaya tradisional dan pemulihan masalah secara akurat.
Pertama, prinsip kerja
Pemindaian laser menggunakan metode pemindaian non-kontak, dapat dengan cepat memperoleh permukaan target dari data yang sangat besar, dalam perlindungan peninggalan budaya memiliki keunggulan luar biasa. Pemindaian laser tiga dimensi terutama melalui metode pengukuran pemindaian laser berkecepatan tinggi, dalam bentuk titik awan untuk memperoleh susunan data gambar geometris pada permukaan objek. Data yang diperoleh melalui pengukuran tradisional pada akhirnya berbentuk dua dimensi, melalui gambar yang disajikan. Berbeda dengan pengukuran tradisional, pemindaian laser 3D memperoleh data dalam bentuk tiga dimensi, yang tidak hanya berisi informasi posisi dan ketinggian bidang, namun juga informasi warna RGB dan reflektansi objek yang diuji. Oleh karena itu, informasi yang diperoleh melalui pemindaian laser 3D sangat lengkap.
Pemindai laser 3D menggunakan laser sebagai sumber cahaya yang memancarkan untuk mengukur objek sesuai dengan resolusi pemindaian horizontal dan vertikal tertentu, dan mengadopsi metode non-kontak untuk mendapatkan data permukaan objek yang diukur. Prinsip perhitungan koordinat titik spasial ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Laser digunakan untuk mendapatkan jarak S dari objek yang akan diukur ke pusat pemindaian, dan kemudian encoder pengontrol jam presisi yang terpasang di dalam perangkat digunakan untuk secara bersamaan mengukur nilai observasi sudut pemindaian horizontal dan nilai observasi sudut pemindaian longitudinal. setiap pulsa laser, dan koordinat tiga dimensi spasial dari titik yang diukur dapat dihitung melalui hubungan geometris tiga dimensi spasial menggunakan elemen garis dan dua elemen sudut. Koordinat X, Y, Z titik spasial. Data yang diperoleh dengan pemindaian laser 3D biasanya berada dalam sistem koordinat terpisah di dalam peralatan, dengan sumbu X pada bidang pemindaian melintang, sumbu YY pada bidang pemindaian melintang yang tegak lurus terhadap sumbu X, dan sumbu Z. tegak lurus terhadap bidang pemindaian melintang.
Diagram Prinsip di atas perhitungan koordinat titik spasial
Teknologi pencetakan 3D adalah mencetak objek tiga dimensi, penggunaan mengiris dan kemudian membangun kembali pemulihan lintasan, bahan baku peleburan suhu tinggi mengikuti prinsip penumpukan lintasan untuk mengembalikan model digital.Teknologi pencetakan 3D muncul di pertengahan{{ 3}}s, pada kenyataannya, adalah penggunaan light curing dan laminasi kertas serta teknologi lainnya seperti perangkat manufaktur aditif terbaru. Prinsip kerjanya pada dasarnya sama dengan pencetakan biasa, printer menggunakan logam, keramik, plastik, pasir dan bahan berbeda lainnya seperti bahan mentah, terhubung ke komputer, melalui lintasan pengirisan yang dikendalikan komputer, bahan baku lapis demi lapis sesuai ke lintasan tumpukan bottom-up, dan akhirnya komputer memindai model elektronik tiga dimensi digital menjadi objek fisik.
Kedua, analisis keunggulan teknis
Pemindaian laser tiga dimensi memiliki kecepatan yang cepat (hampir 1 juta titik per detik), tidak perlu menghubungi target (pengukuran non-kontak), data dalam jumlah besar, akurasi tinggi dan karakteristik lainnya. Diantaranya, pengukuran non-kontak dapat memperoleh data masif pada permukaan objek yang diukur, sehingga secara efektif menghindari kerusakan kontak pada peninggalan budaya dalam proses digitalisasi peninggalan budaya. Pada saat yang sama, betapapun rumitnya struktur target yang diukur, target tersebut dapat diperoleh sesuai dengan tampilan aslinya. Akurasi pengukuran pemindaian laser 3D dapat mencapai tingkat milimeter atau bahkan sub-milimeter, yang dapat secara akurat merekam tampilan asli peninggalan budaya dan memperoleh model digital 3D presisi tinggi untuk pengarsipan. Penggunaan teknologi pencetakan 3D, dapat dipindai setelah peninggalan budaya digital berpresisi tinggi diarsipkan untuk penyesuaian dan modifikasi yang sesuai, penggunaan printer 3D untuk mencetak model, dan kemudian pemolesan, pewarnaan dan pasca-pemrosesan model lainnya, untuk memperoleh salinan peninggalan budaya tersebut. Teknologi pencetakan 3D adalah keunggulan model dalam kecepatan cepat, model restorasi presisi tinggi dapat dihubungkan secara mulus ke pemindaian laser. Oleh karena itu, kombinasi pemindaian laser tiga dimensi dan teknologi pencetakan 3D yang digunakan dalam digitalisasi dan restorasi peninggalan budaya memiliki keunggulan yang unik.
Ketiga, proses dasar
Penggunaan kombinasi pemindaian laser tiga dimensi dan pencetakan 3D untuk membantu digitalisasi peninggalan budaya dan restorasi lapangan adalah tren perkembangan arus utama saat ini. Target yang diukur memiliki jarak pendek, persyaratan akurasi tinggi, diterapkan pada perlindungan peninggalan budaya pemindaian laser tiga dimensi biasanya dipilih genggam atau stasiun pembawa dan prinsip perbedaan fasa untuk mendapatkan target instrumentasi. Proses dasar terutama mencakup penerapan target, akuisisi data, penyambungan model, pemrosesan model, pemotongan model, pencetakan 3D, dan aspek lainnya, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Ambil Jembatan Zhaozhou sebagai contoh untuk menggambarkan aliran proses pada tahapan yang berbeda.
3.1 Peletakan Sasaran
Letakkan target berbentuk bola secara seragam di sekitar jembatan, dengan tidak kurang dari 3 pasang target di antara dua stasiun yang berdekatan. 3 pasang target berbentuk bola ditempatkan pada ketinggian yang berbeda, disusun secara terhuyung-huyung agar tidak ditempatkan pada garis lurus yang sama, agar tidak dapat menemukan dasar untuk penyelarasan data tetangga dengan nama yang sama pada tahap selanjutnya.
3.2 Akuisisi Data
Pilih sudut yang sesuai, atur pemindai laser tiga dimensi pembawa stasiun, atur resolusi pemindaian pada perangkat dan cara kamera memotret, kendalikan waktu pemindaian, dan lakukan pemindaian target non-arah 360 derajat. Pemindaian target selesai, periksa keakuratan pemindaian bola target, konfirmasikan apakah memenuhi kondisi penggunaan awan titik permukaan agar sesuai dengan koordinat bola, jika akurasi tidak cukup, Anda perlu melakukan pemindaian terarah resolusi tinggi target berbentuk bola. Periksa berulang kali hingga kondisi pemasangan bagian tengah bola terpenuhi.
3.3 Model Penyambungan
Menurut prinsip kerja pemindaian laser, data yang diperoleh stasiun tetangga berada dalam sistem koordinat independen yang berbeda. Prinsip ICP dan algoritma terkait lainnya perlu digunakan untuk menyatukan sistem koordinat data multi-stasiun, yaitu dengan menghitung matriks rotasi antara data cloud stasiun-stasiun tetangga untuk menyelesaikan penyelarasan model, dan mendapatkan titik yang lengkap. model awan badan jembatan.
3.4 Pemrosesan Model
Setelah de-noising, streamlining, segmentasi, dan ekstraksi fitur model point cloud badan jembatan yang diperoleh setelah penyelarasan, data permukaan dimodelkan dan direkonstruksi, dan rekonstruksi model biasanya mengadopsi cara menggunakan point cloud untuk membangun grid. untuk peninggalan budaya yang melengkung. Metode ini memiliki akurasi yang tinggi, kesesuaian permukaan yang baik, dan otomatisasi yang tinggi. Model jaringan jembatan yang direkonstruksi diproses dengan menguliti, mengisi lubang, memperbaiki jaringan, menghaluskan, mengasah, memetakan tekstur, dll., untuk mendapatkan model elektronik digital tiga dimensi dari jembatan dan mengarsipkannya, serta menyimpannya ke database.
3.5 Pengirisan model dan pencetakan 3D
Dengan menggunakan teknologi pencetakan 3D, model peninggalan budaya elektronik digital presisi tinggi yang diarsipkan disesuaikan dan dimodifikasi dengan tepat, dan komputer digunakan untuk mengiris model, menghitung lintasan restorasi pencetakan, dan menghasilkan kode G. Menurut jenis bahan peninggalan budaya untuk memilih printer 3D dan bahan baku yang sesuai, masukan kode G ke printer 3D, printer menggunakan nosel bahan baku peleburan suhu tinggi untuk mengikuti lintasan prinsip penumpukan lapis demi lapis model digital dikembalikan ke aslinya. Benda fisik tersebut dapat digunakan untuk peninggalan budaya nyata yang sebagian rusak akibat restorasi, juga dapat digunakan untuk mengunjungi pameran sebagai pengganti peninggalan budaya nyata.
Hasil proses bertahap Jembatan Zhaozhou ditunjukkan di bawah ini.
3.6 Pemulihan Tambahan Data
Saat memindai dengan pemindai laser 3D yang membawa stasiun, celah data tidak dapat dihindari, dan kurangnya data akan mempersulit pembuatan model digital dan pencetakan 3D. Masalah seperti ini dapat diselesaikan dengan dua cara. Salah satunya adalah selain penggunaan tunggal pemindaian pembawa stasiun, dengan sinkronisasi pemindaian laser 3D genggam, masalah sudut pemindaian yang disebabkan oleh kesenjangan data dapat dilengkapi dengan pemindai genggam, fleksibel dan nyaman. Cara lainnya adalah melengkapi dan memperbaiki data yang hilang selama pemrosesan data, termasuk optimasi mesh, pengisian lubang, penghalusan dan penajaman dan cara lainnya. Diantaranya, pengisian lubang adalah yang paling kritis, termasuk kelengkungan, garis singgung, bidang, lubang internal, lubang batas, jembatan dan banyak metode lainnya. Dibandingkan dengan metode restorasi tradisional, melalui pemindaian laser tiga dimensi untuk mendapatkan data presisi tinggi, Anda dapat membuat model tiga dimensi digital yang lebih realistis, penggunaan perangkat lunak untuk restorasi virtual, untuk memberikan beragam efek restorasi daripada metode restorasi tradisional. seleksi, sebagai dasar untuk menyempurnakan program restorasi yang sebenarnya. Restorasi virtual terutama berisi pengisian celah tubuh materi peninggalan budaya, perbaikan lukisan, restorasi tekstur dan sebagainya. Setelah diperbaiki, model menjadi halus dan halus serta konturnya jelas.
Kesimpulan dan Prospek
4.1 Kesimpulan
Melalui kombinasi pemindaian laser tiga dimensi dan teknologi pencetakan 3D, dijelaskan situasi terkini perlindungan dan restorasi peninggalan budaya, prinsip kerja, proses dasar, dan keunggulannya. Perbaikan pemindaian laser tiga dimensi peninggalan budaya tidak hanya dipulihkan dengan presisi tinggi, tetapi juga secara efektif dapat menghindari kerusakan sekunder pada peninggalan budaya dalam proses digitalisasi peninggalan budaya. Proses ini memiliki keunggulan unik di bidang perlindungan dan restorasi peninggalan budaya, dan dapat memecahkan masalah retensi informasi digital peninggalan budaya tradisional dan restorasi yang akurat. Saat ini, patung Gua Dunhuang Mogao secara berturut-turut menggunakan pemindaian laser dan teknologi pencetakan 3D untuk mencapai pengarsipan digital peninggalan budaya dan reproduksi peninggalan budaya, teknologi ini secara bertahap semakin matang, dan keragaman proses secara bertahap ditingkatkan.
4.2 Pandangan
Saat ini permasalahan yang perlu diselesaikan lebih lanjut adalah diversifikasi bahan baku pencetakan 3D, jumlah nozzle printer 3D dan volume pencetakan 3D untuk lebih meningkatkan efisiensi dan kepraktisan pencetakan 3D. Pada saat yang sama, pemindaian laser yang dikombinasikan dengan teknologi pencetakan 3D dapat diintegrasikan ke dalam teknologi hiperspektral berdasarkan pemindaian laser, pemindaian laser model presisi tinggi dan tekstur presisi tinggi yang diperoleh dari integrasi fotogrametri jarak dekat, Anda dapat mewujudkannya model peninggalan budaya dan warna restorasi dan perbaikan ganda dengan presisi tinggi, yang sangat penting secara praktis untuk perlindungan dan restorasi peninggalan budaya. Setelah memindai arsip digital model peninggalan budaya titik cloud elektronik dapat disimpan dalam database, melalui teknologi Internet dan penyimpanan cloud, dikombinasikan dengan teknologi virtual reality VR, untuk membangun museum digital online, sehingga wisatawan dapat diwujudkan tanpa harus keluar. rumah untuk mengunjungi penjelajahan online. Pencetakan 3D peninggalan budaya juga dapat digunakan untuk pameran sebenarnya peninggalan budaya dan industri terkait dengan tema pendidikan. Mempopulerkan dan menerapkan teknologi ini sangatlah penting.
