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【6165金沙总站】考古文物和动物骨骼三维重建的

文章作者:考古知识 上传时间:2019-09-20

“我们构建创新性的数字化工具以拯救世界遗产。”——这句话是“图像文化遗产”组织的座右铭。 “图像文化遗产”(http://cultural heritage imaging.org/)由马克•马奇(Mark Mudge)和卡拉•施罗德(Carla Schroer)夫妇创立于2002年,是一个非营利性组织,利用各类基金会的项目资金以及捐赠维持运转。它的成立,因应世界范围内计算机技术迅猛发展的大潮,致力于开发全新的数字技术保存全世界的文化、历史、艺术珍宝。创始人马克的专业是哲学与美术,卡拉的研究方向是计算机,夫妇俩对于历史、艺术、考古抱有浓厚的兴趣。因此,他们创立了这个组织,联合世界上各个领域的专家共同关注文化遗产的数字化保护与研究。 经过十多年的发展,“图像文化遗产”组织开发出了一整套基于RTI理论的技术工具,并取得了不少的成功范例。该组织面向全世界提供RTI及其他的数字化图像技术、工具和培训等方面的服务。通过这些方式,“图像文化遗产”组织与遗产保护、管理部门以及计算机技术科研单位建立了良好的联系。一方面,他们与许多高校和计算机公司的实验室合作,申请经费,共同研究开发新的图像成像和展示技术。另一方面,他们与世界各地的美术馆、博物馆、遗产管理部门、考古部门等合作,使大家都能从新开发的成像新理论与技术中获益。 RTI技术,是Reflectance Transformation Imaging的简称,意为反射转换成像,通过数码相机捕捉物体表面的形状与颜色,建成相关的模型。该技术由惠普公司实验室的两位科学家汤姆•马尔兹本德(Tom malzbender)和丹•盖尔布发明。他们于2001年发表了一篇讨论相关理论与技术的论文。从此,一项新的计算机成像与展示技术诞生了。 在RTI软件中,操作者利用人机交互的方式再现任意角度入射光线在物体表面的成像效果,类似于拿一个手电筒从不同角度照射物体产生的效果。除了传统的图像数据采集以外,RTI技术通过数学方法增强物体表面的形状与颜色属性,也因此,基于RTI技术的图像可以揭示更为丰富的物体表面信息,而这些信息往往是通过传统的经验式观察方法难以察觉到的。 RTI图像的采集是通过一台固定位置的数码相机、移动的灯光对物体进行多次数字成像。在每一张照片上,光线都来源于不同的方向。换言之,每拍摄一张照片,需要移动一次摄影灯,这样就产生了一系列有不同高光部分和阴影部分的同一物体的图像。将上述原始数据导入软件,对物体的光线信息加以算法合成,就生成了关于表面的算法模型。 RTI图像看起来很像一张单独的二维照片,但与传统的照片不同,它的光线信息源自三维表面,并内嵌于图像的每个像素中。因此,RTI图像“知道”光线照射到物体表面上的反射结果,每一个连续的像素都能表达出使用者从任意位置入射光线的结果。当你使用RTI软件打开相关文件后,移动鼠标即可任意控制光线入射的角度,主窗口中实时展现出物体表面不同的光影效果。这种光线-阴影的交互作用可以让使用者更好地观察物体表面的细节。 自2010年开始,美国史密森尼学会开始使用RTI技术再现其下属弗利尔美术馆和赛克勒博物馆保存的一批楔形文字纸模。这批纸模被称为Ernst Herzfeld papers,是1911-1934年间在近东考古遗址中模印下来的楔形文字。为了保存和记录中近东的刻划文字,他们发明了纸模保存的办法。即将多层韧性较好的纸张打湿后按压进刻划文字的凹槽中,待它干燥后取出,翻模成阳模文字。随着时间的流逝,这些纸模变脆、老化,不堪翻动,大大制约了相关的研究,也失去了其存在的价值。因此,就需要采用新的方法,在不损害纸模的情况下,完整记录其形态,并为后续研究提供便利。显然,一般的照片,甚至是三维模型都不能很好地完成这个任务。RTI技术的出现,恰恰胜任这些独特的要求。在这些纸模的RTI图像上,研究人员可以通过任意变换的光线,提高纸模文字的辩识度(http://www。si。edu/MCIImagingStudio/paperSqueeze)6165金沙总站 16165金沙总站 26165金沙总站 3 RTI技术特有的光线-阴影展示方式,对我国文化遗产的保护与研究也有着重要的意义。我国素有“金石学”的研究传统,历代祖先留下的碑刻不可计数,拓片虽然可以较好地反映碑刻面貌,但也不可避免地会对碑刻本体产生一定的损坏。特别是一些摩崖石刻,历经千年的风雨,表面风化严重,再经捶拓,很可能会造成碑面剥落等永久性伤害。因此,运用RTI技术,对碑刻进行数字化信息提取,是最好的选择。它不会对碑刻产生任何损害,同时为文字识读等方面的研究提供更直观、快捷的手段。另外,历年考古发掘出土的大量画像石、墓室壁画、造像和陶俑等,也都可以利用RTI技术进行图像信息的提取,其所能呈现的交互式光影效果,是普通三维模型不能比拟的。获取的RTI图像除了提供给专家研究之外,我们还可以借鉴史密森尼学会的方法,把RTI文件全部上网公开,方便公众了解,更进一步吸引他们实地参观。比如,将历代名碑RTI化并通过博物馆网站展示,使之成为书法爱好者最佳的临摹对象。这应当是公众考古学的一次有益尝试。将我国优秀文化遗产RTI数字化,既是研究、展示、宣传我国悠久的历史文化的新途径,同时还能达到保护、研究、展示、利用、宣传等多方共赢的效果。 (作者单位:山东大学)

随着考古学研究的不断深入,全方位空间信息的采集和展示显得越来越重要,而三维影像重建技术在其中发挥了重要作用。目前我们中国社会科学院考古研究所科技中心通过使用多视角影像三维重建技术进行考古文物和动物骨骼标本三维重建的探索。 多视角影像三维重建技术是以普通数字相机作为影像获取工具,从不同角度围绕被拍摄物体以最佳成像焦距拍摄多幅数字影像,然后使用多视角三维重建软件根据计算机视觉原理,对获取的全部数字影像进行相互匹配,生成被拍摄物体的表面三维点云,加载影像信息后得到真实的三维模型,实现被拍摄物体三维模型重建的技术。与三维激光扫描仪比较,多视角影像三维重建技术获取被拍摄对象特征点的数目较少,点云与照片纹理可以严格对应,能够自动生成纹理,建模速度快、效果好,并且不需要专业的培训,便于推广。此外多视角影像三维重建技术不仅提高了数据采集和三维重建的灵活性和便捷性,而且能够满足文物考古工作中三维重建的精度要求,因此这项技术在考古中的应用具有很好的发展前景。 为了便于对其进行360°多视角的拍摄,首先是将拍摄对象用透明的鱼线悬挂在拍摄架上,这样可以一次性完成三维影像重建所需的全方位照片获取,在后期三维建模的过程中能够更好的减少拼合图像运算处理的错误,提高三维建模的速度。然后在拍摄架下铺上拍摄反光板,避免拍摄对象正面和底部拍摄光线反差过大,以便减少后期照片的再处理。6165金沙总站 4铜镜陶范拍摄现场6165金沙总站 5梅花鹿头骨拍摄现场6165金沙总站 6拍摄获得的一组照片 使用Agisoft Photoscan三维影像重建软件进行后期处理。Agisoft Photoscan软件基于多视角影像三维重建技术原理,是一款能够将平面影像进行重建,生成高质量的三维点云模型、三维真实模型、高分辨率真实坐标的正射影像图、数字高程模型等的三维模型制作软件。6165金沙总站 7Agisoft Photoscan软件的设置和工作流程6165金沙总站 8Agisoft Photoscan软件三维重建过程6165金沙总站 9Agisoft Photoscan软件梅花鹿头骨三维重建6165金沙总站 10导出纹理编辑、修改6165金沙总站 11梅花鹿头骨三维影像6165金沙总站 12马鹿左胫骨三维影像6165金沙总站 13临淄齐故城铜镜陶范三维影像6165金沙总站 14临淄齐故城铜镜陶范三维影像 基于数字摄影测量基础上的多视图三维影像重建技术能够进行空中三角测量,也可以通过设定的控制点进行测量,数据更精准全面。在绘制线图方面既可以生产高分辨率真实坐标的正射影像图,也可以利用导出的三维模型图,配合其他绘图软件进行线图的绘制。三维影像重建能够真实再现文物和动物骨骼的原貌,进行360°的观察、研究、展示。随着三维影像重建技术的不断发展,它所提供的一些技术功能和科技成果必将在考古学研究中发挥越来越重要的作用。(作者:科技考古中心 张蕾)注:此文系本网首发,如若转载,请征得作者同意。

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