建设单位：孔庙和国子监博物馆
承建单位：北京浩宇天地测绘科技发展有限公司
创新摘要
本项目采用最新信息化技术对文物进行数字化管理、虚拟修复、虚拟展示。首先利用三维扫描仪获取文物几何信息，利用高清相机获取纹理信息，然后通过后期处理，将扫描数据在计算机中转换成三维模型，不仅还原几何特征，还能还原其真实色彩。
三维数据采集
纹理获取
几何三维模型 贴图后三维模型
模型的修复
纹理的修复
网页浏览模型
案例介绍
本案例通过最先进的地理信息采集手段，对文物进行三维扫描，获取文物高精度几何信息;通过专业的单反相机，获取文物高清纹理信息;通过后期计算机处理，把几何模型与纹理进行高精度匹配，精确还原石碑现状现貌，可永久保存文物现状。此外，通过三维模型，还可生成文物的正射影像，二维线画图，数字拓片，可对损害的部位进行虚拟修复;或根据现有模型进行改造设计，通过3D打印技术生产文创产品;或利用三维模型，制作网络宣传视频，游客可以足不出户进行观光浏览。
1.整体技术路线
2.三维数据采集
根据文物的物理特性，采用不同的扫描仪对其进行几何数据的采集，保证数据完整、精度满足要求、文物不受破坏。对于大场景，采用大空间三维扫描进行数据获取，对于有细节部分采用手持高精度仪器进行数据的获取。保证获取的数据完整，精度满足要求。
3.纹理数据采集
由于石碑中文字较小，细节较多，对照片清晰度要求极高。高清单反相机，辅助滑轨和灯光系统，采用定焦定距等dpi的方式进行拍摄，保证最终照片放大后仍非常清晰。
4.内业数据处理
4.1几何模型处理
三维数字模型的构建有多种方法，对于非规则形态的文物对象最常用的是通过构建三角网(将相邻的离散点按照特定的要求连接起来构成不规则三角网(TIN)立体模型或进一步构成规则格网Grid立体模型)的方式进行3D数据模型重构。精确3D数据模型重构是实现目标三维可视化、模型表面精确的纹理映射、空间仿真和虚拟现实，再现客观事物真实形态和物理特性的关键。
采用Geomagic Wrap2015软件利用扫描的大量点云数据，通过构建三角网的方式拟合物体的形状，是一种精细建模的方式，它主要适用于石碑中不规则形状、结构复杂的部件，对与平面部分可大量抽稀点云，来减少数据量。
4.2纹理处理
使用照片建模软件拼接大师，利用照片生成石刻的数字表面模型，然后对单张拍摄的石刻纹理照片进行纠正得到正射影像，再对经过纠正的照片进行镶嵌和匀色，最终得到石刻的正射影像。
5.虚拟修复
虚拟修复包括正摄影像和几何模型的修复。对于几何模型的修复，碑体表层状剥落、水蚀坑、裂隙、断裂、缺损部位模拟修复后，依据碑体自身数据或相关史料随出文字、纹饰。将修复不当的铁锔、灰质模拟修复除去后补平修复不当部位，依据碑体自身数据随出文字、纹饰。
对于正摄影像的修复，将碑体表面沉积物、树脂流挂、锈迹、污染物模拟修复除去。
6.生成浏览
Unity3d是目前最流行的三维浏览平台，模型贴完图后进行导出，在Unity3d中进行设置灯光进行输出漫游，包括单机版(exe)，不用安装任何软件，直接打开可直接浏览，并到导出web格式(html)，可以用网页的形式打开，部署到服务器上，还可以通过网络浏览数据。
7.关键技术指标
整体精度1cm，细节精度0.04mm，正射影像分辨率300DPI。
8.创新点
8.1针对官刻碑文等文物存储/保护/传播的三维数字化技术
碑刻在历史文化传承中具有重大作用，是历史文物的真正实证。传统拓印技术在文化传播与保护方面具有很大的局限性。传统拓印技术会直接对文物造成不可恢复的损伤，且在文物本体留下墨迹，并且拓片不利于传播。使用三维数字化技术，解决了不接触文物本体，直接进行拓片的生成，并且电子拓片可以随处进行传播。
三维扫描+近景摄影+虚拟修复三种技术的融合创新，在官刻碑文等文物存储/保护/传播的大批量应用，此项技术经过本项目成功实施，可以大批量在其他文物数字化项目中展开使用。
8.2首创的适用于文物存储/保护/传播三维数字化技术的特制工装
由于碑文部分细节小，小的字大小为1cm，满文更小，为了表现他的细节，只能采用激光扫描仪，而HandyScan700的自定位技术需要定位点，为了保证不伤害文物，我们专门设计并加工了工装，把定位点黏贴在工装上，保证不损害文物，并且大大的提高了工作效率。
8.3三维数据采集技术与数据融合创新
本项目根据扫描物体的特性不同，进行分解，采用不同仪器进行扫描，既能保证精度，又能提高效率。而数据的融合也是一个问题，由于我们在数据处理方面有着丰富的经验，利用全球使用最多的数据处理软件进行数据的融合和简化，可以自动批量简化，只需要设置好参数。
8.4独具创新性的拍摄装置与拍摄技术
由于场地限制，不能引入通用大型滑轨，而小型滑轨又缺乏升降功能，因此在拍摄前期使用了三脚架进行拍摄，由于基本靠人工移动，因此效率极低。后借鉴三脚架的小型及灵活性，考虑到现场情况自行设计开发了一套简单易用的拍摄装置。该装置能够保证每幅照片的大小一样，对后期数据处理提高了效率。
为了减小环境光对照片拍摄质量的影响，我们经过研究反复摸索，研究出一套可以屏蔽外界光源对拍摄的影响的设施，达到人造摄影棚的效果。
8.5模型控制点自动匹配技术
现状模型在软件中贴完后，记录了控制点的位置，导入新模型后，照片的控制点不会丢失，省去重新选择控制点的过程，提高了效率，另外正摄影像修复后直接替换原来的贴图文件，只需要修复贴图的边界即可。这样大大提高了内业数据处理的工作效率。
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