建設單位：孔廟和國子監(jiān)博物館

　　承建單位：北京浩宇天地測繪科技發(fā)展有限公司

　　創(chuàng)新摘要

　　本項目采用最新信息化技術對文物進行數字化管理、虛擬修復、虛擬展示。首先利用三維掃描儀獲取文物幾何信息，利用高清相機獲取紋理信息，然后通過后期處理，將掃描數據在計算機中轉換成三維模型，不僅還原幾何特征，還能還原其真實色彩。

三維數據采集

紋理獲取

幾何三維模型                     貼圖后三維模型

模型的修復

紋理的修復

網頁瀏覽模型

　　案例介紹

　　本案例通過最先進的地理信息采集手段，對文物進行三維掃描，獲取文物高精度幾何信息;通過專業(yè)的單反相機，獲取文物高清紋理信息;通過后期計算機處理，把幾何模型與紋理進行高精度匹配，精確還原石碑現狀現貌，可永久保存文物現狀。此外，通過三維模型，還可生成文物的正射影像，二維線畫圖，數字拓片，可對損害的部位進行虛擬修復;或根據現有模型進行改造設計，通過3D打印技術生產文創(chuàng)產品;或利用三維模型，制作網絡宣傳視頻，游客可以足不出戶進行觀光瀏覽。

　　1.整體技術路線

　　2.三維數據采集

　　根據文物的物理特性，采用不同的掃描儀對其進行幾何數據的采集，保證數據完整、精度滿足要求、文物不受破壞。對于大場景，采用大空間三維掃描進行數據獲取，對于有細節(jié)部分采用手持高精度儀器進行數據的獲取。保證獲取的數據完整，精度滿足要求。

　　3.紋理數據采集

　　由于石碑中文字較小，細節(jié)較多，對照片清晰度要求極高。高清單反相機，輔助滑軌和燈光系統，采用定焦定距等dpi的方式進行拍攝，保證最終照片放大后仍非常清晰。

　　4.內業(yè)數據處理

　　4.1幾何模型處理

　　三維數字模型的構建有多種方法，對于非規(guī)則形態(tài)的文物對象最常用的是通過構建三角網(將相鄰的離散點按照特定的要求連接起來構成不規(guī)則三角網(TIN)立體模型或進一步構成規(guī)則格網Grid立體模型)的方式進行3D數據模型重構。精確3D數據模型重構是實現目標三維可視化、模型表面精確的紋理映射、空間仿真和虛擬現實，再現客觀事物真實形態(tài)和物理特性的關鍵。

　　采用Geomagic Wrap2015軟件利用掃描的大量點云數據，通過構建三角網的方式擬合物體的形狀，是一種精細建模的方式，它主要適用于石碑中不規(guī)則形狀、結構復雜的部件，對與平面部分可大量抽稀點云，來減少數據量。

　　4.2紋理處理

　　使用照片建模軟件拼接大師，利用照片生成石刻的數字表面模型，然后對單張拍攝的石刻紋理照片進行糾正得到正射影像，再對經過糾正的照片進行鑲嵌和勻色，最終得到石刻的正射影像。

　　5.虛擬修復

　　虛擬修復包括正攝影像和幾何模型的修復。對于幾何模型的修復，碑體表層狀剝落、水蝕坑、裂隙、斷裂、缺損部位模擬修復后，依據碑體自身數據或相關史料隨出文字、紋飾。將修復不當的鐵鋦、灰質模擬修復除去后補平修復不當部位，依據碑體自身數據隨出文字、紋飾。

　　對于正攝影像的修復，將碑體表面沉積物、樹脂流掛、銹跡、污染物模擬修復除去。

　　6.生成瀏覽

　　Unity3d是目前最流行的三維瀏覽平臺，模型貼完圖后進行導出，在Unity3d中進行設置燈光進行輸出漫游，包括單機版(exe)，不用安裝任何軟件，直接打開可直接瀏覽，并到導出web格式(html)，可以用網頁的形式打開，部署到服務器上，還可以通過網絡瀏覽數據。

　　7.關鍵技術指標

　　整體精度1cm，細節(jié)精度0.04mm，正射影像分辨率300DPI。

　　8.創(chuàng)新點

　　8.1針對官刻碑文等文物存儲/保護/傳播的三維數字化技術

　　碑刻在歷史文化傳承中具有重大作用，是歷史文物的真正實證。傳統拓印技術在文化傳播與保護方面具有很大的局限性。傳統拓印技術會直接對文物造成不可恢復的損傷，且在文物本體留下墨跡，并且拓片不利于傳播。使用三維數字化技術，解決了不接觸文物本體，直接進行拓片的生成，并且電子拓片可以隨處進行傳播。

　　三維掃描+近景攝影+虛擬修復三種技術的融合創(chuàng)新，在官刻碑文等文物存儲/保護/傳播的大批量應用，此項技術經過本項目成功實施，可以大批量在其他文物數字化項目中展開使用。

　　8.2首創(chuàng)的適用于文物存儲/保護/傳播三維數字化技術的特制工裝

　　由于碑文部分細節(jié)小，小的字大小為1cm，滿文更小，為了表現他的細節(jié)，只能采用激光掃描儀，而HandyScan700的自定位技術需要定位點，為了保證不傷害文物，我們專門設計并加工了工裝，把定位點黏貼在工裝上，保證不損害文物，并且大大的提高了工作效率。

　　8.3三維數據采集技術與數據融合創(chuàng)新

　　本項目根據掃描物體的特性不同，進行分解，采用不同儀器進行掃描，既能保證精度，又能提高效率。而數據的融合也是一個問題，由于我們在數據處理方面有著豐富的經驗，利用全球使用最多的數據處理軟件進行數據的融合和簡化，可以自動批量簡化，只需要設置好參數。

　　8.4獨具創(chuàng)新性的拍攝裝置與拍攝技術

　　由于場地限制，不能引入通用大型滑軌，而小型滑軌又缺乏升降功能，因此在拍攝前期使用了三腳架進行拍攝，由于基本靠人工移動，因此效率極低。后借鑒三腳架的小型及靈活性，考慮到現場情況自行設計開發(fā)了一套簡單易用的拍攝裝置。該裝置能夠保證每幅照片的大小一樣，對后期數據處理提高了效率。

　　為了減小環(huán)境光對照片拍攝質量的影響，我們經過研究反復摸索，研究出一套可以屏蔽外界光源對拍攝的影響的設施，達到人造攝影棚的效果。

　　8.5模型控制點自動匹配技術

　　現狀模型在軟件中貼完后，記錄了控制點的位置，導入新模型后，照片的控制點不會丟失，省去重新選擇控制點的過程，提高了效率，另外正攝影像修復后直接替換原來的貼圖文件，只需要修復貼圖的邊界即可。這樣大大提高了內業(yè)數據處理的工作效率。