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3D掃描助力文物數(shù)字化保護(hù),賦活千年石窟,科技傳承文明,3D打印技術(shù)助力文保事業(yè)

2022-11-08

看3D技術(shù)如何助力古老石窟的保護(hù)工作，讓靜謐不語(yǔ)的千年古佛，在現(xiàn)代科技的加持下煥發(fā)新生。

云岡石窟三維數(shù)字化

云岡石窟位于山西省大同市武周山南麓，依山開鑿，氣勢(shì)恢宏，是中國(guó)第一個(gè)皇家營(yíng)造的石窟，代表了公元5至6世紀(jì)中國(guó)佛教藝術(shù)的巔峰之作。

云岡石窟面臨兩大挑戰(zhàn)：首先，經(jīng)過(guò)1500年的歷史洗禮，石窟的生命力正在快速凋亡；此外，石窟造像是不可移動(dòng)文物，大多數(shù)人并沒(méi)有機(jī)會(huì)親自到現(xiàn)場(chǎng)參觀。

因此，為云岡石窟建立數(shù)字化檔案，把人類文明的印記更好地保存下來(lái)，傳承下去，就變得迫在眉睫。

此次云岡石窟的數(shù)據(jù)采集與修復(fù)工作，存在不可忽視的客觀困難：

1.造像體積龐大，遭受長(zhǎng)期高溫高濕、微生物的侵蝕，造成部分佛像局部嚴(yán)重受損。

2.部分造像長(zhǎng)期處于露天環(huán)境，受損相當(dāng)嚴(yán)重，數(shù)據(jù)采集難度大。

3.由于文物本身的珍貴性和不可替代性，且石窟表面紋理細(xì)節(jié)復(fù)雜，采集過(guò)程還要避免因人為接觸而破壞文物表面形態(tài)。

針對(duì)以上痛點(diǎn)，思看科技與浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院合作，依托高精度數(shù)字化技術(shù)，完成對(duì)石窟高保真三維數(shù)據(jù)的采集工作。

我們采用三維激光掃描儀TrackScan對(duì)造像整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，通過(guò)其無(wú)需貼點(diǎn)非接觸式測(cè)量技術(shù)，1:1真實(shí)還原造像細(xì)節(jié)。對(duì)于佛龕表面色彩的還原則使用iReal彩色三維掃描儀，完美呈現(xiàn)佛像表面生動(dòng)色彩。

TrackScan標(biāo)配3種工作模式，可依據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景自由切換測(cè)量模式。具有無(wú)需貼點(diǎn)、智能追蹤、精確掃描的特點(diǎn)，掃描速率可達(dá)260萬(wàn)次每秒，極速捕捉造像全貌數(shù)據(jù)。7束平行藍(lán)色激光，精度可達(dá)0.025mm，精準(zhǔn)還原造像表面紋理細(xì)節(jié)；單束藍(lán)色激光掃描，清晰獲取造像死角位置的三維數(shù)據(jù)。

對(duì)于部分造像局部缺失的情況，工作人員通過(guò)對(duì)其他佛像進(jìn)行三維掃描數(shù)據(jù)比對(duì)，用來(lái)修復(fù)缺失的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

思看科技通過(guò)三維掃描為云岡石窟創(chuàng)建數(shù)字檔案。同時(shí)，三維掃描技術(shù)還可以結(jié)合3D打印技術(shù)等比復(fù)刻石窟實(shí)物模型，以保存它們的歷史原貌，豐富傳播形式，讓石窟文化走出大同，走近大眾！

除此之外，思看科技的3D數(shù)字化技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域，還有諸多探索。思看科技聯(lián)合浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院，受邀參與東方衛(wèi)視《守護(hù)石窟》欄目，完成飛來(lái)峰石窟造像數(shù)字化保護(hù)工作。

飛來(lái)峰石窟三維數(shù)字化

在飛來(lái)峰的洞穴及沿溪峭壁上，雕刻著從五代至宋、元時(shí)期的石刻造像470多尊，是我國(guó)江南地區(qū)現(xiàn)存規(guī)模最大的石窟造像群。歷經(jīng)千年風(fēng)霜，飛來(lái)峰造像險(xiǎn)象環(huán)生：危巖崩塌、滲水侵蝕、溶蝕、風(fēng)化、酸雨等等，嚴(yán)重威脅造像的生命。

依照傳統(tǒng)拍照+測(cè)量的數(shù)據(jù)采集方式，不僅對(duì)采集設(shè)備和人員要求很高，而且數(shù)據(jù)完整性和真實(shí)性都難以保證。因此，用數(shù)字手段把文物當(dāng)前的狀態(tài)盡可能完整、高清、本真地記錄下來(lái)，讓它的生命力延續(xù)千秋萬(wàn)代，便成為飛來(lái)峰石窟保護(hù)的頭等大事。

飛來(lái)峰造像群作為典型的南方石窟，數(shù)字化過(guò)程中也面臨其特有的困難：

1.飛來(lái)峰植被茂密，微生物繁殖旺盛，需要克服植物對(duì)數(shù)據(jù)采集的干擾，避免微生物導(dǎo)致的顏色變化。

2.飛來(lái)峰石窟造像依山而建，地勢(shì)復(fù)雜險(xiǎn)峻，為了不影響參觀，往往數(shù)據(jù)采集工作需要在夜間進(jìn)行。數(shù)據(jù)采集工作需要克服光線和地理?xiàng)l件帶來(lái)的多重挑戰(zhàn)。

浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院借助思看科技的三維掃描設(shè)備TrackScan，完成了飛來(lái)峰石刻的數(shù)字化工程，精確獲取了飛來(lái)峰石窟造像數(shù)據(jù)，為后續(xù)保護(hù)工作提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

TrackScan精度可達(dá)0.025mm，相當(dāng)于五米范圍內(nèi)頭發(fā)絲直徑1/5大小，超高分辨率精準(zhǔn)識(shí)別人眼無(wú)法識(shí)別的文物細(xì)節(jié)，使得造像及石刻表面勾勒的線條、花紋等細(xì)節(jié)，都被完整記錄。

TrackScan靈活便攜，不懼外部環(huán)境對(duì)采集工作的干擾，無(wú)論是夜間昏暗潮濕的室內(nèi)，還是摩崖石刻這樣險(xiǎn)峻的野外環(huán)境，都能高效應(yīng)對(duì)。

最終，通過(guò)高效的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，完整生成飛來(lái)峰石窟造像群的數(shù)字模型，結(jié)合3D打印技術(shù)讓文物以數(shù)字化的形態(tài)永遠(yuǎn)地活下來(lái)，成為元宇宙的世界里永不流失的檔案。

用科技創(chuàng)新，延續(xù)古老文明

文物是人類文明存在的印證，和文物對(duì)話就是和歷史對(duì)話。一直以來(lái)，思看科技依靠行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)力，為文物保護(hù)領(lǐng)域提供定制化三維掃描解決方案。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)為文物建立永久的數(shù)字化檔案，從被動(dòng)的修繕走向預(yù)防性保護(hù)、精細(xì)化修復(fù)；通過(guò)持續(xù)性數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測(cè)文物狀態(tài)變化，開展可持續(xù)性文物保護(hù)工作。同時(shí)，借助5G、云計(jì)算、VR/AR、元宇宙等前沿技術(shù)，豐富文物展傳播形式，讓文物“活”起來(lái)、走出去，在更廣闊的領(lǐng)域展示中華文化的魅力。

在2021年，思看科技（SCANTECH）有幸受邀參與《未來(lái)新世界》的錄制，以更為形象生動(dòng)的方式，向大眾科普3D掃描技術(shù)背后的科學(xué)原理及其廣闊的應(yīng)用空間，在這期節(jié)目中，我們用TrackScan掃描儀對(duì)西溪濕地一座獨(dú)具江南風(fēng)韻的古建筑進(jìn)行無(wú)損數(shù)據(jù)獲取，與嘉賓們一同全方位、多角度地來(lái)解讀3D掃描技術(shù)背后的科學(xué)和人文價(jià)值。

我們期待在未來(lái)，科技不斷創(chuàng)新發(fā)展，讓文物保護(hù)擁有更堅(jiān)實(shí)的依靠，也讓古老文明跨越時(shí)空，和現(xiàn)實(shí)相擁。

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