利用3D技術(shù)保護(hù)文化遺產(chǎn)

魔猴君  科技前沿   5天前

根據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織的定義，文化遺產(chǎn)包括具有重要象征價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值、美學(xué)價(jià)值或社會(huì)價(jià)值的文物、古跡、遺址和博物館。這些可以被視為有助于定義我們的文化或社會(huì)身份的對(duì)象和領(lǐng)域。這就是為什么保護(hù)它們?nèi)绱酥匾?。然而，天氣、故意破壞以及時(shí)間的流逝都會(huì)使保護(hù)文化遺產(chǎn)變得困難。幸運(yùn)的是，得益于3D技術(shù)，或許可以找到解決方案。確實(shí)，3D掃描和打印已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間，尤其是得益于“Scan the World”和“Twin It!”等項(xiàng)目。二者都致力于捕捉重要的文化遺產(chǎn)，以便擁有一個(gè)共同的文化數(shù)據(jù)空間。因此，在下面的列表中，我們決定通過(guò)來(lái)自世界各地的一些最有趣的應(yīng)用程序來(lái)展示如何使用3D技術(shù)不僅幫助保存文化遺產(chǎn)，而且還能讓更廣泛的受眾接觸到它。

復(fù)活節(jié)島頭像

拉帕努伊島的摩艾石像，俗稱“復(fù)活節(jié)島頭像”，一直吸引著全世界的目光，并經(jīng)常出現(xiàn)在電影、電視節(jié)目等中。然而，2022年10月，一場(chǎng)災(zāi)難降臨。一場(chǎng)大火燒毀了100公頃范圍內(nèi)的許多雕像，當(dāng)?shù)厝苏J(rèn)為這是對(duì)考古遺址無(wú)法彌補(bǔ)的破壞。這就是“掃描世界”的作用所在。MyMiniFactory項(xiàng)目是最大的3D數(shù)字化文化文物共享生態(tài)系統(tǒng)。事件發(fā)生后，Scan the World呼吁用戶加大掃描和3D打印物品的力度，以保護(hù)世界遺產(chǎn)。他們還共享文件，以便人們打印自己的物品。將悲劇轉(zhuǎn)化為希望的好方法。

摩艾石像的掃描圖（左）和印刷品（右）（圖片來(lái)源：Scan the World）

3D打印毛利樂(lè)器

3D打印還可用于復(fù)制易碎但珍貴的文化遺產(chǎn)，例如毛利樂(lè)器。新西蘭大陸的毛利人是波利尼西亞的一個(gè)土著民族，他們擁有具有重要文化意義的樂(lè)器。奧克蘭大學(xué)的Olaf Diegel教授與毛利社區(qū)合作，選擇使用3D打印技術(shù)重現(xiàn)pūtātara（海螺殼喇叭）和pūkāea（傳統(tǒng)上用木頭雕刻的長(zhǎng)喇叭）。利用CT掃描，迪格爾先生設(shè)計(jì)了3D模型，其形狀能夠準(zhǔn)確重現(xiàn)樂(lè)器的聲音。這些復(fù)制品并非為了取代原始樂(lè)器，而是作為教育工具。在下面的視頻中了解有關(guān)該項(xiàng)目的更多信息：

吠陀經(jīng)文的復(fù)制

自2006年由PR Mukund博士創(chuàng)立以來(lái)，總部位于班加羅爾的非營(yíng)利組織Tara Prakashana已經(jīng)拯救了超過(guò)3,300份古代棕櫚葉手稿，其中大部分是具有數(shù)百年歷史的吠陀文學(xué)和教義。吠陀教是早期印度教的主要影響之一，該協(xié)會(huì)的使命是保存和傳播來(lái)自這些古老吠陀來(lái)源的知識(shí)。2024年，Tara Prakashana在印度開(kāi)設(shè)了第一家用于手稿保存的3D打印實(shí)驗(yàn)室，其第一個(gè)項(xiàng)目是3D打印世界上最古老的印度教經(jīng)文《薄伽梵歌》副本。該團(tuán)隊(duì)將使用FDM 3D打印機(jī)，用塑料細(xì)絲重現(xiàn)文字，確保文本能夠世世代代保存下來(lái)。

棕櫚葉手稿（圖片來(lái)源：Tara Prakashana）

利用3D打印改造中國(guó)傳統(tǒng)房屋

在中國(guó)，香港大學(xué)的教授通過(guò)整合3D打印墻壁翻新了一座老木屋。這個(gè)名為“未來(lái)的傳統(tǒng)房屋”的項(xiàng)目將傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，以振興鄉(xiāng)村景觀并適應(yīng)社區(qū)的需求。作為南龍村政府舉措的一部分，研究團(tuán)隊(duì)掃描并拆卸了原有建筑，然后用3D打印墻壁對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)建。這些新增加的部分創(chuàng)造了更多的功能空間，例如入口庭院、廚房和浴室，提高了住宅的靈活性。墻壁建成后，木框架和瓦片屋頂?shù)仍性乇恢匦抡?。這種方法再次證明，3D打印可以引入可持續(xù)和適應(yīng)性解決方案，同時(shí)保護(hù)建筑遺產(chǎn)。

照片來(lái)源：Lidia Ratoi/John Lin

巴爾米拉貝爾神廟的重建

加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員通過(guò)數(shù)字方式重建了巴爾米拉古城貝爾神廟，該神廟于2015年敘利亞內(nèi)戰(zhàn)期間被摧毀。通過(guò)對(duì)寺廟被毀前拍攝的1,000多張照片進(jìn)行分析，利用3D建模生成了一個(gè)高分辨率的逼真模型，該模型保留了寺廟的所有建筑和藝術(shù)細(xì)節(jié)，包括覆蓋寺廟的藝術(shù)品和銘文。使用這些技術(shù)重建寺廟花了一年時(shí)間。該模型目前已成為大學(xué)檔案的一部分，并成為遺產(chǎn)保護(hù)和未來(lái)重建的重要參考。

梅洛格拉諾噴泉(Fontana di Melograno)的修復(fù)

另一個(gè)非常有趣的項(xiàng)目是都靈理工大學(xué)的DITAG部門的項(xiàng)目，該項(xiàng)目選擇了Creaform的Handyscan 3D掃描儀來(lái)改進(jìn)文化古跡的記錄和修復(fù)。DITAG之前曾使用過(guò)LIDAR遙感技術(shù)，但它更適合繪制地圖，而不是掃描精細(xì)細(xì)節(jié)。這就是DITAG選擇Creaform的Handyscan 3D掃描儀的原因。該工具具有高精度（高達(dá)0.05毫米），并且便于攜帶和使用。它由兩個(gè)攝像頭、每個(gè)攝像頭周圍安裝的四個(gè)LED、一個(gè)紅十字激光模塊和回射粘性目標(biāo)組成。利用該工具，DITAG掃描了都靈中世紀(jì)瓦倫蒂諾堡壘中的梅洛格拉諾噴泉(Fontana di Melograno)，并對(duì)其進(jìn)行了修復(fù)。它是16世紀(jì)梅洛格拉諾噴泉(Fontana di Melograno)的復(fù)制品，其原始版本位于瓦萊達(dá)奧斯塔山谷的伊索涅城堡。此復(fù)制品由鐵匠Cesare Bianchi d'Orta制作，在1911年羅馬的歷史考古和藝術(shù)展覽上展出。在修復(fù)過(guò)程中，研究人員使用Handyscan 3D精確捕捉內(nèi)部表面，并使用LIDAR系統(tǒng)繪制更大、更不詳細(xì)的區(qū)域。這兩種技術(shù)的結(jié)合使得獲得精確和多分辨率的表示成為可能，從而確保了修復(fù)的成功。

使用LiDAR掃描對(duì)塞提一世陵墓進(jìn)行3D重建

2001年，F(xiàn)actum Arte開(kāi)始對(duì)帝王谷的塞提一世陵墓進(jìn)行詳細(xì)記錄。目的是創(chuàng)建一個(gè)高精度的考古遺址復(fù)制品。采用FARO Focus 3Dx230掃描儀測(cè)量墓室內(nèi)部的建筑結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系。這臺(tái)LiDAR掃描儀從70個(gè)不同的位置捕捉了墓穴的幾何形狀，測(cè)量點(diǎn)之間的平均距離為1.5到3毫米。雖然LiDAR技術(shù)提供了精確的空間數(shù)據(jù)，但不足以捕捉高分辨率的表面細(xì)節(jié)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Factum基金會(huì)開(kāi)發(fā)了Lucida 3D掃描儀，它特別適合捕捉淺浮雕、彩繪墻壁和雕塑。它每平方米可捕捉多達(dá)1億個(gè)點(diǎn)，提供如此高的分辨率，以至于最細(xì)微的裂縫和筆觸都清晰可見(jiàn)。然后將激光掃描捕獲的數(shù)據(jù)注冊(cè)到Faro Scene中以生成E57點(diǎn)云。然后在Lightroom中優(yōu)化照片以改善曝光度、清晰度和色彩，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Reality Capture進(jìn)行進(jìn)一步處理。然后進(jìn)行逐步重建：將圖像分成幾部分，單獨(dú)對(duì)齊并作為組件導(dǎo)出。最后，使用激光掃描數(shù)據(jù)作為精確參考，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行注冊(cè)和合并。

由RealityCapture中合并的激光掃描和照片組成的點(diǎn)云（圖片來(lái)源：Factum Foundation）

聯(lián)合國(guó)教科文組織世界遺產(chǎn)波隆納魯沃的數(shù)字文檔

斯里蘭卡的波隆納魯沃被列為聯(lián)合國(guó)教科文組織世界遺產(chǎn)，其中包括帕拉克拉馬巴胡一世于12世紀(jì)建造的古代花園的遺址。2019年3月，一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了為期八天的實(shí)地考察，記錄這一重要的文化遺產(chǎn)地。目的是創(chuàng)建遺址的數(shù)字記錄并為未來(lái)的修復(fù)提供數(shù)據(jù)。該文獻(xiàn)以通過(guò)激光掃描和攝影捕獲的十六個(gè)建筑物的數(shù)字模型網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。然后根據(jù)3D掃描結(jié)果得出平面圖、剖面圖和立面圖，以提供考古遺址的完整圖像。攝影測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)之一是其非接觸式記錄方法，這在研究文化古跡時(shí)尤為重要。此外，該團(tuán)隊(duì)將無(wú)人機(jī)攝影和地面攝影與激光掃描相結(jié)合，創(chuàng)建了幾何和顏色細(xì)節(jié)豐富的高分辨率模型。RealityCapture也被證明是一個(gè)重要的補(bǔ)充，因?yàn)樗试S結(jié)合攝影和激光掃描并有效處理大量數(shù)據(jù)。

RealityCapture的截圖（圖片來(lái)源：RealityCapture）

使用3D掃描儀制作歷史電影

沖突和戰(zhàn)爭(zhēng)給社會(huì)，特別是遺產(chǎn)和文化帶來(lái)嚴(yán)重后果，這是眾所周知的。例如伊拉克是遭受大量破壞的國(guó)家之一?，F(xiàn)在，它是一個(gè)歷史悠久的地區(qū)，因?yàn)樗?jīng)是文明搖籃美索不達(dá)米亞的一部分。幾年前，電影制片人伊萬(wàn)·埃赫爾（Ivan Erhel）發(fā)起了一個(gè)電影項(xiàng)目，旨在記錄該地區(qū)的文化財(cái)富。故事講述了一個(gè)男人想要利用3D掃描來(lái)保存伊拉克文化遺產(chǎn)的殘存。因此，我們可以看到有幾種Artec3D解決方案用于掃描該國(guó)，無(wú)論是小物體還是幾米高的墻壁。伊萬(wàn)·埃赫爾解釋說(shuō)：“在歷史上的某些時(shí)刻，巴格達(dá)曾經(jīng)處于世界之巔。也許現(xiàn)在我們可以稍微統(tǒng)一一下國(guó)家，同時(shí)也讓世界記住我們對(duì)美索不達(dá)米亞的虧欠——因?yàn)槲覀?0%的文化都起源于這里。我們欠他們一切。?

該團(tuán)隊(duì)使用Artec Eva掃描儀掃描墻壁（圖片來(lái)源：Ivan Erhel）

馬爾代夫馬累Hukuru Miskiy地圖

馬累的Hukuru Miskiy，意為“星期五清真寺”，是馬爾代夫最重要的歷史遺跡之一，位于首都馬累。胡庫(kù)魯米斯基目前已被列入聯(lián)合國(guó)教科文組織世界遺產(chǎn)預(yù)備名單。該遺址于1658年蘇丹易卜拉欣·伊斯干達(dá)統(tǒng)治期間建起，包括清真寺建筑、17世紀(jì)的墓地和尖塔。它是世界上最大的用珊瑚建造的建筑物。必須提供清真寺建筑群的詳細(xì)文件和額外的保護(hù)和修復(fù)工作，才能將其正式列入聯(lián)合國(guó)教科文組織名單。因此，馬爾代夫遺產(chǎn)部門委托Water Solutions Pvt Ltd制作該遺址的3D地圖，以彌補(bǔ)缺乏與其建造相關(guān)的圖紙或歷史文獻(xiàn)的缺陷。

Water Solutions是一家專門從事環(huán)境測(cè)繪和咨詢的公司，他們使用了Leica BLK360激光掃描儀、Leica Viva TS16全站儀和Leica GS18 T GNSS RTK探測(cè)車。盡管面臨空間狹小和建筑細(xì)節(jié)復(fù)雜的挑戰(zhàn)，但借助這些儀器，研究人員在短短幾天內(nèi)就捕捉到了整個(gè)考古遺址。將該建筑群數(shù)字化將有助于保護(hù)其建筑結(jié)構(gòu)并支持未來(lái)的修復(fù)工作。所收集的數(shù)據(jù)將用于屋頂?shù)男迯?fù)，并作為正式申請(qǐng)列入聯(lián)合國(guó)教科文組織名錄的依據(jù)。

利用3D技術(shù)提高文化遺產(chǎn)的可及性

在增材制造在藝術(shù)和文化遺產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用中，我們可以提到意大利公司Hi.Stories的作品。該公司的使命是通過(guò)3D技術(shù)來(lái)增強(qiáng)文化遺產(chǎn)，并利用其潛力為文化場(chǎng)所創(chuàng)造互動(dòng)作品。Hi.Stories使用3D打印為視障人士創(chuàng)建觸覺(jué)導(dǎo)覽并提高博物館的可訪問(wèn)性。此外，該公司還以3D方式打印用于教育目的或臨時(shí)借出的文物，以便文化機(jī)構(gòu)可以向公眾展示復(fù)制品。

3D打印古代徽章（圖片來(lái)源：Hi.Stories）

3D打印的帕格尼尼小提琴

為了紀(jì)念2023年帕格尼尼音樂(lè)獎(jiǎng)成立70周年，同名主辦方制定了特殊的營(yíng)銷策略。帕格尼尼獎(jiǎng)與意大利羅馬的3D打印公司3DiTALY合作，用3D打印技術(shù)打印了作曲家、“魔鬼小提琴家”帕格尼尼的著名小提琴“Il Cannone”。原件由琴師瓜奈利(Guarneri)制作，現(xiàn)藏于熱那亞的圖爾西宮(Palazzo Tursi)。使用3D掃描儀進(jìn)行測(cè)量，然后以1:1的比例重新打印。為此，3DiTALY使用了SLA工藝和白色樹(shù)脂。所需的許多細(xì)節(jié)和支持帶來(lái)了特殊的挑戰(zhàn)，因?yàn)楸仨氃诖蛴『笮⌒牡貙⑺鼈內(nèi)コ?。然后用紅色尼龍線安裝3D打印機(jī)輸出的圖像。對(duì)于熱那亞市長(zhǎng)馬可·布奇來(lái)說(shuō)，3D打印小提琴不僅是一個(gè)聰明的營(yíng)銷舉措，也是一種現(xiàn)代的文化教育方式。這把小提琴的目的是喚起人們對(duì)音樂(lè)史的興趣，并為帕格尼尼的塵封形象注入新的活力。

編譯整理：3dnatives