3D掃描儀
· Artec Eva
挑戰(zhàn)：為澳大利亞悉尼出土的19世紀(jì)船只進(jìn)行數(shù)字化工作，修復(fù)后在澳大利亞國家海洋博物館完整展出。
解決方案：Artec Eva, Artec Studio, Rhino, 3D打印
效果：已完成船只全身掃描。目前正在對其進(jìn)行化學(xué)處理，最終合成為3D模型，并進(jìn)行等比例3D打印，待木材到位，即可恢復(fù)完整原貌。
海洋考古學(xué)家Renee Malliaros掃描Barangaroo號內(nèi)部船體木板層的船木。木材被懸掛在有著獨(dú)立且不同幾何與紋理的平臺橫梁上。[供圖：Heather Berry/Silentworld基金會；版權(quán)所有：悉尼地鐵2019]
要是聽說澳大利亞出現(xiàn)了什么新鮮事，想必很多人第一個(gè)猜到的就是那些順利跑進(jìn)城區(qū)、機(jī)敏狡猾的哺乳動物，或者大到嚇人、離得越遠(yuǎn)越好的超大蜘蛛。
但這一次的新鮮事，主角卻是一艘船。
“這是悉尼地鐵公司在悉尼城市各個(gè)地方正在進(jìn)行的開發(fā)項(xiàng)目之一”，項(xiàng)目經(jīng)理Irini Malliaros說道。同時(shí)，她也是Silentworld基金會的海洋考古學(xué)家，基金會是一個(gè)專注于海洋考古、歷史、文化、遺跡的澳大利亞非營利組織。這片特殊的圍墾區(qū)，將來將會成為Barangaroo地鐵站，團(tuán)隊(duì)在這里發(fā)現(xiàn)了原來的造船廠。該地區(qū)以Barangaroo命名，這是Cammeraygal部落的一位原住民婦女，在歐洲殖民時(shí)期，是一名強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)者。“所以，他們發(fā)現(xiàn)了各種與海洋相關(guān)的物品，” Malliaros說道，“其中還包括一艘小船。”
Barangaroo號是在一片圍墾區(qū)的造船廠附近發(fā)現(xiàn)的。人們認(rèn)為，這艘船是在退役前被拉上岸的，直到悉尼地鐵為新建Barangaroo站進(jìn)行挖建工作時(shí)才被發(fā)現(xiàn)。[供圖/版權(quán)所有：Renee Malliaros/Silentworld基金會]
這艘船大約是1820年左右被發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)，人們還討論了很久，該如何挖出來，是整艘一起挖，還是一塊一塊挖？
“最后，人們認(rèn)為還是把船拆散一塊塊取出，并做好記錄，包裹后儲存在冷藏集裝箱內(nèi)運(yùn)輸，會更安全，” Malliaros解釋道。“（所以現(xiàn)在）有了這艘12乘3-3.5米長的船，目前只有碎片，放在水箱里，被保存在悉尼地鐵的保護(hù)裝置中。 ”
現(xiàn)在，他們的任務(wù)就是要想個(gè)方式，為這艘船完成數(shù)字化工作，盡可能收集船只信息，完成數(shù)字形象，同時(shí)將原物進(jìn)行相應(yīng)處理，用于展出。而負(fù)責(zé)數(shù)字化工作的掃描儀正是Artec Eva。
“過去幾年，我和Renee交流了很多很多次，沉船抵達(dá)后，就去拜訪過他們，”埃太科金牌授權(quán)經(jīng)銷商Thinglab三維掃描主管Ben說道。
“這是一個(gè)特別有趣、讓人興奮的項(xiàng)目；不僅因?yàn)檫@是人類挖掘出來的澳洲殖民時(shí)期古老的船只，同時(shí)，也因?yàn)槲覀兊奶幚矸绞?。通過Eva記錄船只每個(gè)部分，再用數(shù)字方式重建，非常炫酷。”
木板掃描
這樣一項(xiàng)細(xì)致又復(fù)雜的項(xiàng)目，肯定需要專業(yè)人士的參與。這種情況下，比利時(shí)的3D專家、海洋考古學(xué)家Thomas Van Damme飛到澳洲，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)，他也參與了船只木材的數(shù)字化記錄工作。
完成一份掃描后，Thomas van Damme（左）正在演示掃描處理。Thomas培訓(xùn)了4名海洋考古學(xué)家，來協(xié)助Barangaroo號船只項(xiàng)目。在澳洲，人們從未采用這種方式記錄過沉船。[圖像版權(quán)：悉尼地鐵，2019]
依托Van Damme的專業(yè)技術(shù)和Eva，掃描工作得以順利進(jìn)行，特別是和老方法相比，速度飛快。例如接觸式三維追蹤法，每一條邊的處理都要花上幾個(gè)小時(shí)，再比如二維圖紙，雖然很便宜，但相當(dāng)耗時(shí)，且不準(zhǔn)確。
“一些（典型的）接觸式三維法，只能追蹤考古學(xué)家眼中認(rèn)為的重要特征，必然會忽略很多其他細(xì)節(jié)，”Van Damme說道。“而Artec Eva呈現(xiàn)的是木材真實(shí)的3D形象，既包括幾何也包括色彩。”
Artec Eva是埃太科明星產(chǎn)品，并非浪得虛名——質(zhì)量輕巧，便于攜帶，功能豐富，非常適合用于制作精準(zhǔn)的帶紋理三維掃描。如需掃描科教、藝術(shù)、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的中小型物體，結(jié)構(gòu)光科技掃描儀Eva適合掃描幾乎一切物體，無論是半身像還是本項(xiàng)目中擁有200年歷史的船只。
Thomas van Damme演示如何掃描Barangaroo船只上又長又薄的木板。木板平放在桌上時(shí)，這些細(xì)邊的捕獲并不容易，所以團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)懸掛系統(tǒng)來解決這一問題。[圖片：Renee Malliaros/Silentworld基金會；版權(quán)所有：悉尼，2019]
三維捕獲過程中，Eva的效率至關(guān)重要。
“使用Artec Eva掃描，有些木材非常小，我只要圍著它們掃一遍，翻個(gè)面再掃一遍，就搞定了，” Malliaros說道。“我當(dāng)時(shí)因?yàn)閬砘刈邉臃浅？?，都感到頭暈了！”
因?yàn)檫@些木材都是按照原來的樣子，或者說被發(fā)現(xiàn)時(shí)的樣子存放的，所以打開后，需要盡快記錄下木材的情況，然而，這些木材有近300塊。
“木材打開后會被放入水中恢復(fù)，因此，外形可能會發(fā)生變化。我們必須盡快完成，而且必須精準(zhǔn)無誤，” Malliaros說道。
Renee Malliaros采用了Thomas van Damme的方法。多次測試表明，用透明管將木材懸掛在有不同幾何/紋理的平臺上，最終的處理效果好，可以在短時(shí)間內(nèi)完成精準(zhǔn)的3D模型。[圖片版權(quán)：悉尼地鐵，2019]
對于一些較大的部件，同樣也是船只重要的基本部件，如龍骨，掃描時(shí)間長達(dá)15分鐘，有些比較薄部位，如木板，會被懸掛起來，確保一次完成。
“捕獲過程既快又好！” Malliaros回憶道。“我使用了實(shí)時(shí)融合，就像我在邊走邊畫一樣的感覺。”
掃描處理
在Artec Studio software中處理完掃描數(shù)據(jù)后，3D模型被導(dǎo)出至建模軟件Rhino中，對主要特征進(jìn)行重點(diǎn)加工。
“主要特征的加工非常重要，這些特征包括工具印記、釘孔圖案、紋理方向、壓縮痕跡等等。因?yàn)檫@些特征對于今后的工作而言至關(guān)重要，” Malliaros說道，他還表示，船只結(jié)構(gòu)與周圍沉積物的科學(xué)分析也正在進(jìn)行當(dāng)中。
木材掃描通過Artec Studio被處理成干凈的3D模型，考古學(xué)家可在Rhino中仔細(xì)觀察，補(bǔ)充注釋，記錄每件作品的詳細(xì)信息。[圖片版權(quán)：悉尼地鐵，2019 ]
“（三維掃描和處理）相當(dāng)簡單，而且過程令人滿意，符合人體工學(xué)，”Van Damme說道。“很快就有了數(shù)字水密模型，不用追蹤每條邊，有了Rhino，還能迅速為每部分制作二維圖像（用于存檔記錄）。”
有了這樣的工藝，項(xiàng)目一個(gè)月內(nèi)就完成了。若是采用以往的追蹤法，很有可能要花一年。
Barangaroo號的大日子
這艘船還在進(jìn)行保護(hù)處理，即使用液態(tài)蠟代替木材中的水分，這種方法同樣被用于英格蘭的瑪麗玫瑰號和瑞典的瓦薩號。與此同時(shí)，人們還在為它的凱旋做準(zhǔn)備，希望為它在澳大利亞國家海洋博物館找到新家，該博物館從項(xiàng)目初期就一直提供支持。
“在約克考古基金會監(jiān)管維護(hù)員Ian Panter的建議下，Barangaroo號現(xiàn)在正在進(jìn)行化學(xué)處理，可能要浸泡處理數(shù)月，明年才結(jié)束，”Malliaros說道。“到時(shí)再檢查效果如何。”隨后，木材會被分批放入冷凍干燥器。木材干燥后，進(jìn)行清洗和護(hù)理工作，預(yù)計(jì)重建工作將在2-3年后進(jìn)行。
“處理船只原物前，還會進(jìn)行一次試驗(yàn)，看看各部位如何組裝起來，需要什么樣的支架系統(tǒng)，” Malliaros表示。
為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在博物館拼搭木船之前，必須先根據(jù)3D模型對各部位進(jìn)行等比例3D打印。“到時(shí)會有有一套類似拼圖的船只縮放模型，一旦各部位契合，那就直接‘動真格’，拼真的部件。”
2019 Barangaroo記錄維護(hù)團(tuán)隊(duì)成員。從左往右：Ian Panter（監(jiān)管維護(hù)員-約克考古基金會）, Renee Malliaros（項(xiàng)目經(jīng)理–Silentworld基金會），Ron Turner（2019 項(xiàng)目經(jīng)理– 悉尼地鐵），Paul Hundley（資深海洋考古學(xué)家–Silentworld基金會），Heather Berry（助理維護(hù)員 – Silentworld基金會），James Hunter（海洋考古學(xué)家– 澳大利亞國家海洋博物館），Kieran Hosty（海洋考古學(xué)家 – 澳大利亞國家海洋博物館）和Thomas van Damme（三維掃描專家– Ubi3D）
海上游記
除了Barangaroo號，Malliaros還為其他三艘沉船（或部分船體）進(jìn)行了掃描，所以總共發(fā)現(xiàn)并掃描了四艘船。今后，埃太科解決方案會繼續(xù)參與這類項(xiàng)目。
“我們期待能進(jìn)一步合作，協(xié)助基金會發(fā)掘埃太科系列產(chǎn)品的優(yōu)勢和價(jià)值，”Myers表示。“我們很榮幸能盡綿薄之力，協(xié)助Silentworld基金會記錄使用3D數(shù)據(jù)。”
為了讓世人欣賞這艘年代久遠(yuǎn)的船只，團(tuán)隊(duì)做了大量工作，輪船背后的歷史故事，讓人們浮想聯(lián)翩。
比如，Barangaroo盡管不是一艘商船，但卻造得十分結(jié)實(shí)，可能整天往返穿行，忙著擺渡，甚至還有可能沿著海岸線附近，提供短途旅行。
“這艘船讓我們窺探到了當(dāng)時(shí)那個(gè)年代的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境，”Malliaros說道。
“（這艘船的主人）想必一定很重視，看看它造得多好，肯定得靠它生活。這艘船看起來也用了很久，一定對主人而言非常重要。”
寫到這兒，不禁好奇，當(dāng)主人在幾個(gè)世紀(jì)后見到這簡陋卻堅(jiān)固的船只，不僅有工程平面圖，還煥然一新，找到了全新歸宿，不知是否會頗為感動呢？
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