新華社西安6月27日電（記者孫正好蔡馨逸）旋轉(zhuǎn)環(huán)繞180度，一鍵式自動(dòng)掃描，數(shù)分鐘后，一尊兵馬俑的形狀與紋理數(shù)據(jù)采集、合成就已完成。在位于古都西安市的西北大學(xué)，機(jī)器人正替代人工手持掃描，對(duì)珍貴文物進(jìn)行畫(huà)像并留存。
這種機(jī)器人學(xué)名為文物外觀快速采集建模裝置，是中國(guó)科學(xué)家利用機(jī)器視覺(jué)、機(jī)械臂等技術(shù)，花費(fèi)1年時(shí)間研發(fā)而成。研發(fā)者是西北大學(xué)教師許陽(yáng)，其博士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)儀器光電學(xué)院，從事過(guò)火箭、飛機(jī)的視覺(jué)測(cè)量技術(shù)研究。他將常用于航空航天制造領(lǐng)域的機(jī)械臂技術(shù)引入文物保護(hù)工作。
“機(jī)械臂最主要的作用是替代人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。我們使用的機(jī)械臂長(zhǎng)度達(dá)到1.5米，能使文物的數(shù)字化采集具備自動(dòng)化和人工干預(yù)少的顯著優(yōu)勢(shì)。”許陽(yáng)說(shuō)。
他介紹，這款機(jī)器人的“眼睛”由結(jié)構(gòu)光三維掃描儀與高分辨率彩色相機(jī)構(gòu)成，名為文物外觀數(shù)據(jù)采集模塊。它的機(jī)械臂則類似于軀體，大直徑旋轉(zhuǎn)平臺(tái)形同雙腳。采集過(guò)程中，承載了文物外觀數(shù)據(jù)采集模塊的機(jī)械臂，布置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)兩側(cè)，通過(guò)各自環(huán)繞文物旋轉(zhuǎn)180度，實(shí)現(xiàn)文物外觀數(shù)據(jù)的完整采集。
“通過(guò)條紋投射器向文物表面投射結(jié)構(gòu)光，并借助兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)拍攝的結(jié)構(gòu)光圖像，對(duì)結(jié)構(gòu)光進(jìn)行解碼。配合機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)還有轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，最后完成對(duì)文物表面三維形貌的完整采集。”許陽(yáng)說(shuō)。
相比人工手持掃描，機(jī)器人采集方式避免了對(duì)文物造成干擾甚至損傷。“采集過(guò)程中，文物被放置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)中央的非旋轉(zhuǎn)區(qū)域，始終保持靜止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械臂承載的采集模塊隔空進(jìn)行拍攝，最大限度地減少了對(duì)文物的干擾、破壞。”
這種數(shù)字化采集方式顯著提升了采集效率。“以一尊兵馬俑為例，如果用人工方式測(cè)量、拍照，可能需要半天時(shí)間。”許陽(yáng)說(shuō)，“用我們研發(fā)的文物外觀快速采集建模裝置，按一個(gè)自動(dòng)掃描鍵，耗時(shí)約5分鐘就能自動(dòng)完成整個(gè)掃描步驟，再通過(guò)按一個(gè)自動(dòng)處理按鈕，計(jì)算出文物表面的三維數(shù)據(jù)。全程10分鐘不到，實(shí)現(xiàn)了文物形狀與紋理數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與合成。”
此外，測(cè)量精度的提高也是該項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)。“我們的采樣密度非常高，點(diǎn)云的點(diǎn)距最小可達(dá)0.1毫米。紋理信息的采集分辨率會(huì)更高一些，能做到0.05毫米。最終生成一張帶有紋理圖像的文物三維模型。在虛擬環(huán)境中，我們可以對(duì)它開(kāi)展虛擬修復(fù)。”許陽(yáng)說(shuō)。
目前，這種數(shù)字化采集方式將逐步在中國(guó)國(guó)家博物館等機(jī)構(gòu)投入使用。“這將顯著提高我們館藏文物數(shù)字化的效率。我們打算研發(fā)不同的系列，比如針對(duì)小尺寸或大尺寸文物的不同采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更高效的采集。”許陽(yáng)說(shuō)。
