通过3D扫描进行文化遗产数据化保护

近年来，3D扫描已成为文化遗产文献及其长期保存的一致且非接触式方法的一部分。

现场纪念碑和人工制品的高分辨率3D记录使我们能够监视研究传播和理解我们共同的文化历史，所以必须对3D和彩色数据的大量档案进行安全地存档。这项工作的一个不可或缺的组成部分是以尽可能高的分辨率记录曲面和表单，并将其以原始格式存档，因此随着技术的发展，数据可以继续进行重新处理。在某些情况下，数据将需要作为实体对象重新实现-这就是存在很多误解的地方。

数字技术曾经与虚拟技术相关联，但现在能够将数据重新物化为物理三维对象，要求对数据包含的信息类型进行新的探索。大规模旅游，战争，破坏性行为，时间的破坏，商业势力，不完善的恢复和自然灾害对遗产地造成的破坏和破坏的程度导致人们对高分辨率传真机的重要性进行了重新评估。这种方法有助于访问者了解保存过程中的复杂性，并导致重新协商原版与原版之间的关系。通过3D记录，复合摄影，多种多光谱成像技术，图像处理和输出技术的发展，可以实现精确的传真。

存在许多不同的3D扫描方法，每种方法都有其自身的优点和局限性。挑战在于为正确的应用程序确定正确的系统。没有任何系统可以做所有事情。捕获3D数据的多种方法证明了这一点。飞行时间，三角测量，摄影测量和许多不同的方法正在重新定义图像和形式之间的关系。3D数据可以是大规模的，可以远距离记录景观的地形，也可以是近距离且足够精确以记录雕刻的表面；可以可视化不易被人眼看到的标记，以便进行人口统计学研究或状况监测。

尽管某些系统可以获取颜色数据和3D信息，但目前尚无3D扫描仪能够将颜色记录为生产精确副本所需的标准。所有3D记录均基于计量；进行测量的科学。下面概述了一些主要技术和扫描仪，以及按其使用方式使用它们的原因。

3D扫描类型

中远程3D扫描仪（LiDAR）

中远程3D扫描仪用于记录大型物体和表面的一般形状，以获取准确的计量信息。

我们将其用于什么：地形和建筑物记录：我们已将FARO Focus3D X 330与伦敦的ScanLAB Projects结合使用，来记录博洛尼亚的圣彼得罗尼奥立面，莱昂纳多·达·芬奇的《最后的晚餐》以及整个建筑。米兰圣玛丽亚·戴尔·格拉齐（Santa Maria Delle Grazie）的餐厅。记录在叙利亚阿勒颇的城堡的城墙在被隧道炸弹严重破坏之前是理想的。

我们不将其用于：记录进行精确传真或进行人口统计学研究所需的表面细微细节。

用FARO Focus3D X 330拍摄的博洛尼亚马焦雷广场和大教堂的外观的可视化©圣彼得罗尼奥大教堂

中程扫描仪使用飞行时间或基于激光脉冲的系统，在这种系统中，激光会从目标反射一定距离。激光测距仪使用已知的光速值，通过定时光脉冲的往返行程来计算到表面的距离。在文化遗产文献中，通常将中距离扫描仪与近距离3D扫描仪结合使用，以生成具有整体计量精度和高分辨率表面细节的模型。

近距离3D扫描仪

近距离3D扫描仪（工作距离大于8cm且小于1m）用于详细记录物体的形状和表面。紧密的记录距离通常与更高的分辨率有关。

我们用它来做什么：扫描绘画和浮雕的表面，例如Hereford Mappa Mundi和Goya的Black Paintings。记录雕塑的形状和表面以及复杂的形式，例如图坦卡蒙墓，图坦卡蒙石棺上的象形文字，圣彼得罗尼奥立面上或在图德拉崩溃的罗马式回廊中雕塑表面的腐烂。输出既可以使用基于屏幕的应用程序进行研究，也可以重新实现以实现多种用途，包括用于盲人和部分视力的触觉对象，传真生产和展览展示。

我们不将其用于：记录大型结构以供屏幕查看。近距离扫描比中距离扫描或摄影测量慢。

使用Lucida 3D扫描仪记录的Hereford Mappa Mundi的重新实现

NUB3D SIDIO结构光扫描仪记录的博洛尼亚圣彼得罗尼奥大教堂的浮雕图

近距离扫描仪使用激光或结构光系统。基于三角剖分的3D激光扫描仪使用激光和一两个摄像头来记录对象。通过三角函数，可以计算出物体到扫描仪的距离，从而创建精确的表面图。结构化的光扫描仪也使用三角测量，但使用投影的光图案而不是激光。摄像机记录投影的图案并计算视野中每个点的距离。多种形式的近距离3D扫描对于记录“有风险”的遗产至关重要。为了有意义地记录过去，不仅要记录总体形状，而且还要记录物体表面的细微细节，这一点至关重要。这就是为什么Factum Arte一直使用几种不同的近距离3D扫描系统的原因。

摄影测量

摄影测量学是根据照片进行测量的科学。

我们将其用于：快速记录易受攻击和无法访问的站点。摄影测量法是在无法使用3D扫描仪（无法到达的位置，冲突区域）或需要高速记录（扫描人员，生物，流动液体）的情况下获取3D信息的理想方法。它是记录半透明表面（如雪花石膏和大理石）的理想选择。由于图像捕获的复合性质，因此可以从数据中提取颜色和形式。Factum Arte已应用该技术在黎巴嫩Nahr el Kalb录制Stelae，目前正在完善该技术和软件，以便在约翰·索恩爵士的博物馆中录制Seti I的石棺。我们最近完成了9相机系统的构建，该系统能够在约4秒钟内记录约50 x 50 x 50 cm的物体。

我们不使用它：用于传真生产以及无特征，反射性和深色表面的最高分辨率记录。随着软件的改进，摄影测量法有可能很快成为记录3D和彩色危险文化遗产的主要方法。

Stelae的3D渲染到Esarhaddon 688-699 BC，黎巴嫩纳赫尔·卡尔布（Nahr El Kalb），黎巴嫩；用摄影测量记录和处理

在Factum Arte中的高密度聚氨酯中布线后，Stelae的细节。

自现代摄影诞生以来，摄影测量已在诸如地形图，建筑和考古学等领域使用。Factum Arte的工作和研究专注于近距离摄影测量法，作为记录表面和物体的形式和纹理的一种手段。最近的发展基于计算机视觉技术和SfM（运动结构）软件的进步。

可以使用可捕获对象整个表面的多个镜头的市售相机记录数据。近距离摄影可以产生高分辨率数据。在现场需要进行基本处理，以确保没有遗漏任何区域。后处理非常耗时。Factum Arte目前的议程是以最高的实际分辨率记录尽可能多的站点。

关于分辨率的说明

关于准确性和分辨率存在很多误解。我们使用“分辨率”一词的方式是指3D文件具有的详细程度。我们不仅通过对扫描仪传感器的理论或数学描述来评估分辨率，而且通过扫描数据与原始表面之间的对应关系来评估分辨率。与远程扫描仪相比，近距离扫描仪与物体表面的对应关系更大。

影响分辨率的主要变量是镜头，传感器，要扫描的区域以及处理数据的软件算法。这种混合元素中的某个地方是最有效的点，它将导致数据通过“模仿测试”-如果看起来像被吮吸的甜味，则失败了-如果与原始结果直接比较，则看起来一样已经成功了。

来自博洛尼亚圣彼得罗尼奥大教堂立面的路由样本，展示了近距离和中距离扫描之间的分辨率和精度差异–在本例中为NUB3D SIDIO（在近距离处为左捕获）和Faro Focus3D X330 Right_Captured）。Factum Arte中使用的扫描仪FARO Focus3D X 330 FARO Focus3DX 330激光扫描仪（LiDAR扫描仪）可记录360°的环境。