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一小時生成4件約克郡博物館賴代爾寶藏的數(shù)字孿生

2023-03-29

挑戰(zhàn)：約克郡博物館收藏了距今1800年歷史的羅馬不列顛時期的賴代爾寶藏，他們需要以一種快速并且零風險的方法，從精確還原歷史的角度，創(chuàng)建四個絕無僅有的3D數(shù)字副本，締造創(chuàng)新的策展設(shè)計，與來自世界各地的參觀者分享。

方案：ArtecSpaceSpider,ArtecStudio,3DSystemsColorJet打印機

成果：傳統(tǒng)的攝影測量法需要大量的處理和定位，而且要用一整天的時間來執(zhí)行拍攝過程，額外還需要多一天的時間從照片中創(chuàng)建3D模型。相比之下，四件賴代爾寶藏，分別都在不到5分鐘的時間內(nèi)完成了精細的3D掃描；并且在一個小時內(nèi)，所有的掃描和處理都完成了，從而產(chǎn)生了整個系列四個令人驚嘆的3D數(shù)字副本。

當他們瞥見青銅色的時候，便立刻停止了挖掘。起初，他們以為那是青銅器時代的斧頭邊緣。幾分鐘后，當他們把馬可·奧勒留(MarcusAurelius)的小半身像從英格蘭賴代爾一位農(nóng)民田間的坑中抬出時，金屬探測專家馬克·迪德里克(MarkDidlick)和詹姆斯·斯帕克(JamesSpark)屏住了呼吸。

△被金屬探測器探測到的馬可·奧勒留的半身銅像。圖片來源:馬克·迪德里克

當他們小心翼翼地拂去了古代皇帝臉上的泥土,似乎過了幾分鐘,兩個人竟都啞口無言。

這座半身像是他們今天的第二個發(fā)現(xiàn)。之后他們又繼續(xù)在該地區(qū)進行搜索。當他們結(jié)束搜索后，除了半身像，還發(fā)現(xiàn)了另外三件文物：一個鉛錘，一個羅馬神馬爾斯的雕像，以及一個馬形刀柄。

迪德里克將幾張照片發(fā)給了前考古學家布賴恩·沃克(BrianWalker)，他對這一發(fā)現(xiàn)感到震驚，判斷這些很可能都是古羅馬時期的文物，可以追溯到公元2世紀。

從農(nóng)民的田間到約克郡博物館的展覽廳

在接下來的幾周里，這批距今1800年的文物--羅馬不列顛時期最精美的藏品之一--被鑒定并命名為賴代爾寶藏(RyedaleHoard)。后來由約克博物館信托基金收購，此后在約克郡博物館展出。

約克郡博物館高級策展人安德魯·伍茲(AndrewWoods)：“以前英國從未在同一時間、同一地點出土過如此數(shù)量精美的古羅馬時期的文物。所有這些文物都呈現(xiàn)出美輪美奐令人難以置信的制作工藝。我們確信，它們是古羅馬帝國鼎盛時期在英國制造的。”

這座精雕細琢的馬可·奧勒留半身像最初是嵌在古羅馬帝國祭司的權(quán)杖上，毫無疑問，它在皇帝舉行的儀式和典禮上被經(jīng)常使用。

創(chuàng)作這件非凡作品的藝術(shù)家很可能是英國當?shù)厝耍麖奈匆娺^皇帝本人，而是根據(jù)現(xiàn)有的雕塑和錢幣上的描繪來進行創(chuàng)作。

△約克郡博物館高級策展人安德魯·伍茲與賴代爾寶藏馬背上的馬爾斯雕像。圖片由約克博物館信托基金提供，版權(quán)歸CharlotteGrahamPhotography所有。

在整個帝國中，羅馬神馬爾斯經(jīng)常被描繪成馬背上的戰(zhàn)士。這尊小雕像正是描繪了古老的神祗在戰(zhàn)場上激烈馳騁，然而曾經(jīng)他揮舞的長矛和盾牌早已在幾個世紀中消失。

在古羅馬時期，非常流行以動物造型裝飾的日常用品。這個馬形手柄原本是把刀柄，推測是在下葬前有意將刀折斷了。

在過去的2000年里，賴代爾寶藏中的鉛錘設(shè)計幾乎沒有變化，它在羅馬不列顛時期發(fā)揮了重要作用，為建造新的道路、堡壘和村莊提供了精準的測量。

研究人員得出結(jié)論，這些文物是在公元2世紀后期作為獻給神的祭品被埋入地下的。為了更清楚地了解這些無價文物的重要性以及它們?yōu)楹我赃@種方式被埋入地下，研究工作仍在繼續(xù)推進中。

創(chuàng)建賴代爾寶藏的數(shù)字副本

約克郡博物館專注于成為數(shù)字化平臺的領(lǐng)導者、擴大其影響力并建立起在線與世界分享藏品的模式，他們決定以3D方式呈現(xiàn)賴代爾寶藏。

過去，他們主要通過攝影測量法，與約克大學的Heritage360合作完成此類項目

但由于攝影測量法的性質(zhì)，包括冗長的攝影時間（當使用一臺單鏡頭相機設(shè)置時）同時需要大量的處理來定位和重新定位每個被拍攝的對象，因此類似的項目需要策展人提前幾周，甚至幾個月來計劃。

來自Heritage360團隊的帕特里克·吉布斯(PatrickGibbs)介紹：“對歷史文物進行拍攝涉及的內(nèi)容非常多。這不是簡單地把它拿出來，在幾分鐘內(nèi)就能完成拍攝。考慮到藏品損壞的一些潛在風險以及策展人在場的要求，我們需要與博物館不斷的進行溝通，制定出最佳和最安全的一套方案。”

他繼續(xù)說：“使用單鏡頭機攝影測量設(shè)置，我們可能要花兩天時間來處理一件文物，只是為了確保我們需要的一切都被拍攝下來。所有的后勤問題可能又需要兩到三個月來安排。”

如果他們繼續(xù)沿用同樣的方法，約克郡博物館的賴代爾青銅器藏品的數(shù)字化將需要幾個月的時間來計劃和完成。更不用說博物館里還有數(shù)千件藏品等待著被數(shù)字化。

△賴代爾寶藏馬背上的馬爾斯雕像。圖片來源：約克博物館信托基金

尋找傳統(tǒng)攝影測量法的替代方案

這就迫使吉布斯和他的數(shù)字技術(shù)專家詹姆斯·奧斯本(JamesOsborn)去探索市場，尋找其他可能。他們通過在線搜索找到了Artec3D大使級經(jīng)銷商CentralScanning公司，該公司是保護文化遺產(chǎn)以及其他行業(yè)的3D掃描專家。

以至于在第一個演示完成之前，他們兩人就找到了解決方案：ArtecSpaceSpider。

SpaceSpider多年來一直是全世界考古學家、文化遺產(chǎn)專家和許多其他專業(yè)人士青睞的手持式3D掃描儀。

SpaceSpider能夠以亞毫米級的精度以及逼真的3D色彩呈現(xiàn)捕捉對象復雜的細節(jié)，無需標記和噴劑。掃描可以用于在線和現(xiàn)場展覽、數(shù)字云存儲、3D打印教學模型等等。

圖片來源：Heritage360

伍茲談到掃描儀如何幫助約克郡博物館實現(xiàn)項目時說：“為參觀者呈現(xiàn)出即使走進博物館也不一定能夠發(fā)現(xiàn)的細節(jié)，對我們來說十分重要。”

他進一步解釋道：“在對藏品本身零風險的情況下，通過虛擬的方式拿起，轉(zhuǎn)動，研究它們，順著策展人編寫的標簽和注釋，了解每件藏品相關(guān)的無數(shù)滄桑的歷史和背后動人的故事，您將擁有一段既難忘又獨特的體驗。”

一小時內(nèi)完成賴代爾寶藏的3D掃描

使用全新SpaceSpider對賴代爾青銅器藏品進行3D掃描時，吉布斯和奧斯本以及在旁協(xié)助項目的策展人都大吃一驚。

四件文物被逐一放置在Artec轉(zhuǎn)盤上，分別在5分鐘內(nèi)進行掃描。僅僅10分鐘后，通過ArtecStudio軟件的處理就將掃描結(jié)果生成為令人驚嘆的3D模型。

“在對藏品本身零風險的情況下，通過虛擬的方式拿起，轉(zhuǎn)動，研究它們，您將擁有一段既難忘又獨特的體驗。”

設(shè)置、掃描和處理所有對象并創(chuàng)建各自的3D模型所需的總時長不到一個小時。與之前所使用的攝影測量法形成了鮮明對比。

在談及這一點時，奧斯本說：“僅僅用攝影測量法來拍攝這些對象，就需要一整天的時間。如果在拍攝期間光線發(fā)生了輕微的變化，我們就不得不請求策展人再次把藏品拿出來，在相同的光線條件重新拍攝。甚至不可能在同一天完成。所以我們必須額外拍攝大量的照片來彌補這一點，寄希望于所有的照片都能夠順利完成，在處理階段才會得到最終的結(jié)果。”

他補充道：“如果一切按計劃順利進行，第二天才能開始處理所有的照片。使用SpaceSpider的一個小時相當于在攝影測量法上所花費的兩天時間，更不用說沒有攝影測量中將每個對象操縱到設(shè)定位置的各種小道具所帶來的額外風險。”

將掃描結(jié)果生成逼真3D模型

在ArtecStudio中處理的過程既快速又簡單。首先，使用基底移除，刪除對象以外不必要的數(shù)據(jù)。完成后，對齊掃描，將所有幾何圖形組合在一起。

然后，應用0.1mm尖銳融合，當導出3D模型在線查看時，他們減少了多邊形數(shù)量，以優(yōu)化文件大小和顯示速度。

△ArtecStudio軟件中處理SpaceSpider掃描的馬背上的馬爾斯雕像

圖片來源：Heritage360

生成的3D模型現(xiàn)已在約克郡博物館內(nèi)和官網(wǎng)上使用。Sketchfab模型鏈接的二維碼放置在了藏品的旁邊，為博物館的參觀者提供參與的互動感。

約克郡博物館與世界分享3D資源

約克郡博物館并沒有止步于此。他們還打算將這些3D模型分享到維基共享資源這樣的網(wǎng)站上，預計每周瀏覽量達數(shù)百萬次。

伍茲解釋這背后的原因：“對于世界各地那些可能永遠沒有機會看到它們，或者來到博物館參觀的人們，通過這種方式，將我們的藏品帶給他們。把這些3D掃描分享給這些人們，我們之間也能更加輕松的互動。”

約克郡博物館計劃提供賴代爾青銅器的3D模型免費下載，包括低分辨率和高分辨率版本。歡迎教師、藝術(shù)家、研究人員和其他人下載和使用掃描數(shù)據(jù)。

用于教育的精美3D打印復制品

作為教育活動的一部分，約克郡博物館和Heritage360決定用SpaceSpider掃描創(chuàng)建3D打印“可觸摸”版本的賴代爾青銅器，供學校參觀使用。

由于團隊內(nèi)部還不具備這方面的專業(yè)知識和技術(shù)，他們聯(lián)系了ThinkSee3D的3D數(shù)字文物專家史蒂文·戴伊(StevenDey)。自2015年公司成立以來，戴伊已經(jīng)為英國和其他地區(qū)的博物館及客戶制作了數(shù)百個數(shù)碼制作、還原度極高的復制品。

戴伊從Heritage360收到了賴代爾青銅器的3D模型(OBJ文件)后，整個3D打印過程大約用了三個小時，四個物體都是使用石膏在3DSystemsColorJet打印機上直接打印出來的。

巧妙的做舊處理，呈現(xiàn)古樸外觀

涂上底色涂料，然后再上環(huán)氧樹脂作為表面涂層，表面半干時涂滿銅粉。環(huán)氧樹脂粉末凝固后，打磨拋光出閃亮的青銅外觀，他們看起來就和嶄新的一樣。

接下來開始做舊處理，使用噴漆和蠟以還原文物相同的青銅色的外觀。

現(xiàn)在，學生們可以親自拿起并研究這些精美的、高度還原的復制品，使它們成為教科書中歷史章節(jié)這一時期令人印象深刻的段落補充。

用3D掃描呈現(xiàn)歷史

在成功地將賴代爾寶藏數(shù)字化之后，約克郡博物館現(xiàn)在將目光投向了其他藏品，這些種類繁多且數(shù)以千計絕美藏品，包括劍和珠寶、滅絕的恐鳥、海雀和恐龍、可追溯到羅馬不列顛時期復雜的馬賽克地磚以及墓葬鑄件等等。

伍茲對3D掃描所帶來的變化發(fā)表了觀點：“一場優(yōu)秀的博物館策展不僅僅是簡單地給人們呈現(xiàn)歷史，而是真正做到讓所有年齡的人都能擁有一個自我探索的旅程，他們用自己的方式去發(fā)現(xiàn)這些藏品的獨特之處。而這正是Artec3D掃描幫助我們完成的。”

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