3D掃描儀
· Artec Eva
挑戰(zhàn)：為世界上古老的猶太教堂曼圖亞約柜制作高品質(zhì)3D掃描，用于耶路撒冷的納漢意大利猶太藝術(shù)博物館訪客3D交互亭和虛擬網(wǎng)絡(luò)展。
解決方案：Artec Eva, Artec Studio, Autodesk Memento, Atangeo Balancer, Meshlab, Adobe Photoshop
成果：通過(guò)Artec Eva制作出一款細(xì)節(jié)豐富、效果出色的交互式3D模型，現(xiàn)在，無(wú)論是線上還是線下，博物館訪客都能近距離觀察與探索。
曼圖亞摩西五經(jīng)約柜是耶路撒冷納漢意大利猶太藝術(shù)博物館中珍貴、驚艷的展品之一。這款設(shè)計(jì)獨(dú)特的木制約柜是為了容納神圣的摩西五經(jīng)卷軸，于1543年由意大利曼圖亞優(yōu)秀的工匠制作而成，這款獨(dú)特的木質(zhì)約柜還飾有原始鍍金雕刻，是世界上古老的約柜之一。它的風(fēng)格與圣經(jīng)中耶路撒冷的圣殿風(fēng)格相呼應(yīng)，據(jù)說(shuō)，該圣殿曾放置過(guò)Ark of the Covenant約柜。它的外形就像一座建筑，還有圓柱和柱頂?shù)冉ㄖ亍?/span>
建成至今，曼圖亞約柜經(jīng)歷了多次改造。最后一次是在二戰(zhàn)后，由于猶太人逐漸減少，約柜被運(yùn)到耶路撒冷，并安放在目前的地點(diǎn)。之后，約柜進(jìn)行了大面積翻新、維護(hù)和修復(fù)，使其恢復(fù)了您現(xiàn)在所見(jiàn)到的完好狀態(tài)。
然而，對(duì)于博物館線下和線上的參觀者來(lái)說(shuō)，約柜的重要意義和特征等歷史信息幾乎未知。其大小和所處的位置不便近距離仔細(xì)研究，甚至視線范圍內(nèi)的特征也無(wú)法品鑒。
約柜所處的曼圖亞Scola Grande猶太教堂。納漢博物館提供的20世紀(jì)初期照片。
2015年，納漢博物館發(fā)起了一個(gè)項(xiàng)目，旨在講述約柜在意大利猶太人生活中的故事、演變及歷史意義。Mantua in Jerusalem網(wǎng)站描繪了曼圖亞猶太社區(qū)的歷史、生活和文化，以及約柜對(duì)一代又一代人的重要影響。
正因如此，博物館決定開(kāi)始進(jìn)行一項(xiàng)雄心勃勃的項(xiàng)目– 3D掃描這個(gè)約柜，讓無(wú)論線上還是線下的參觀者都能全角度欣賞。
約柜光澤、對(duì)稱(chēng)、有規(guī)律的圖案[Moshe Caine教授供圖]
由于約柜的大小、幾何以及紋理較為復(fù)雜，所以曼托瓦約柜的掃描面臨一些挑戰(zhàn)：
· 約柜的位置——復(fù)雜，有不少表面，無(wú)法通過(guò)肉眼看到。此外，約柜靠近墻壁，幾乎沒(méi)有空間讓掃描設(shè)備工作，也無(wú)法將掃描儀放置在特定角度，來(lái)采集被擋住的區(qū)域。
· 紋理。約柜最早是木制的。不過(guò)現(xiàn)在整個(gè)表面都覆蓋了一層光滑反光的金箔，這對(duì)任何3D掃描儀而言都是很難捕獲的。掃描前涂抹消光粉末的做法，既不現(xiàn)實(shí)，也不允許。但即便涂了，約柜的表面效果也會(huì)大打折扣。
· 第三，約柜的位置情況復(fù)雜，圖案不斷重復(fù)，這就使多份掃描的對(duì)齊和融合變得更復(fù)雜。
· 最后，約柜尺寸（超過(guò)3米高）也加大了掃描難度。
評(píng)估其復(fù)雜性后，很明顯，要用強(qiáng)大的工具對(duì)約柜進(jìn)行數(shù)字化處理，于是博物館找到了Artec 3D在特拉維夫的金牌合作商Caliber Engineering and Computers Ltd。當(dāng)時(shí)Caliber的負(fù)責(zé)人Zvi Grinberg立即參與了這個(gè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目與公司平時(shí)接手的技術(shù)工程CAD項(xiàng)目截然不同，他意識(shí)到該項(xiàng)目對(duì)專(zhuān)業(yè)能力提出了挑戰(zhàn)，具備獨(dú)特的文化價(jià)值，他愿意免費(fèi)承接這項(xiàng)工作。
用Artec Eva掃描儀掃描約柜[納漢博物館供圖]
仔細(xì)查看約柜后，Caliber團(tuán)隊(duì)認(rèn)為Artec Eva是適合該項(xiàng)目的掃描儀。這款結(jié)構(gòu)輕巧的3D掃描儀被稱(chēng)為“手持式掃描儀中的戰(zhàn)斗機(jī)”，擅長(zhǎng)捕獲大中型物體，準(zhǔn)確度高達(dá)0.1毫米，分辨率出色，黑色、反光表面也能勝任。此外，掃描儀質(zhì)量輕巧，處理迅速，所以，如果需要在不理想的掃描環(huán)境中捕獲各種歷史文物、雕塑和古跡，不管是晴天戶外還是昏暗的博物館中，這款設(shè)備都很給力。
掃描流程
為了從零開(kāi)始捕獲約柜，方便掃描團(tuán)隊(duì)接觸約柜頂部，博物館內(nèi)搭建了特殊的腳手架。Eva通常掃描中型物體，所以捕獲如此龐大的物體絕對(duì)是項(xiàng)挑戰(zhàn)。團(tuán)隊(duì)三天花了15個(gè)小時(shí)完成掃描，隨后又花了幾小時(shí)對(duì)多個(gè)掃描進(jìn)行對(duì)齊、清理、融合。整個(gè)過(guò)程總包含78次單獨(dú)掃描。最終模型超過(guò)700 MB，包含超過(guò)1600萬(wàn)個(gè)多邊形。
約柜頂部掃描 [納漢博物館供圖]
“盡管約柜很大，但多虧它的紋理和幾何，我們第一次嘗試，Artec Eva就實(shí)現(xiàn)了良好的效果。掃描后，我們可以使用Artec Studio軟件在辦公室完成所有工作，不用返回進(jìn)行其他掃描或修復(fù)。” Caliber Engineering首席執(zhí)行官Guy Engel說(shuō)道。
Artec Studio中預(yù)覽效果 [納漢博物館供圖]
初始處理后，Caliber團(tuán)隊(duì)在保持原始掃描品質(zhì)的同時(shí)縮小了文件，并完善了3D模型以用于公開(kāi)展覽。這時(shí)， Caliber把文件發(fā)送給耶路撒冷哈達(dá)薩學(xué)術(shù)學(xué)院攝影傳播系的Moshe Caine副教授。 Caine教授在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的3D掃描和攝影測(cè)量解決方案方面擁有豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，他修改的約柜3D模型精美絕倫。
Caine教授的數(shù)據(jù)處理流程
Caine教授的掃描處理流程如下：
使用Autodesk（測(cè)試版）Memento軟件微調(diào)和清理網(wǎng)格的細(xì)小缺陷。
添加后墻和地板。由于約柜安裝在博物館墻上，因此無(wú)法掃描約柜的背面和底面。與其進(jìn)行錯(cuò)誤的渲染，不如通過(guò)計(jì)算機(jī)生成簡(jiǎn)單的墻面和地板，再添加至模型。
紋理貼圖的圖像處理。盡管掃描階段做了細(xì)致的工作，但仍然存在一些小缺陷，約柜顏色的重建也不夠準(zhǔn)確。隨后用DSLR尼康相機(jī)再次拍攝，并將校正后的表面融合到原始UV貼圖中。為此還測(cè)試了多種方法，包括：
· 在Meshlab中對(duì)柵格進(jìn)行參數(shù)和紋理處理。
· 將貼圖導(dǎo)出為PSD（Photoshop）文件，在Photoshop中修正，然后重新導(dǎo)入并導(dǎo)出校正后的模型。
· 在Photoshop中打開(kāi)OBJ文件并直接在紋理層上操作。結(jié)合上述技術(shù)，反復(fù)處理直到獲得滿意效果。
· 將真實(shí)約柜作為參照，使用Photoshop軟件在最終的紋理貼圖上進(jìn)行顏色修正。
在掃描了幾十件歷史文物后，Caine教授詳細(xì)解釋了他在3D掃描和處理工作流程中所采用的方法：
“主要的一條建議（適用于3D掃描文化遺產(chǎn)）就是：小心謹(jǐn)慎，不要著急。盡可能接近掃描對(duì)象。使用大量柔和光線。記住這句話：“輸入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，輸出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。”要想最終效果好，前期的質(zhì)量以及耐心也很重要。
Sketchfab上Caliber & Moshe Caine制作的曼圖亞約柜
Caine教授認(rèn)真完成掃描處理后，最終模型被上傳到納漢博物館網(wǎng)站Mantua in Jerusalem，以供欣賞，這家博物館專(zhuān)門(mén)用于展覽曼圖亞猶太人的藝術(shù)。此外，約柜邊安裝了帶觸摸屏的信息亭，博物館參觀者可以從各個(gè)角度查看宏偉的歷史展品，放大縮小以檢查每個(gè)細(xì)節(jié)，最重要的是，可以通過(guò)熱點(diǎn)立即查詢到歷史文物各個(gè)方面的相關(guān)信息。
大家對(duì)該模型的總體反饋還是相當(dāng)積極和熱情的。根據(jù)博物館的工作人員和Caine教授的說(shuō)法，能夠近距離、全方位地探索約柜，大家都很高興。這是3D模型的魔力，2D圖像甚至是像曼圖亞約柜一樣的龐大對(duì)象通常無(wú)法與之相提并論。該項(xiàng)目形象生動(dòng)地解釋了3D掃描技術(shù)如何改變我們的感知方式，以及如何保護(hù)文化遺產(chǎn)。
16世紀(jì)，曼圖亞猶太社區(qū)的公民和成員甚至都無(wú)法想象，他們的后代有一天可以看到猶太文化的標(biāo)志性文物，哪怕已經(jīng)過(guò)了500年，他們還能足不出戶，360度近距離探索這件文物。
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