利用3D技術保護文化遺產

魔猴君  科技前沿   4天前

根據聯合國教科文組織的定義，文化遺產包括具有重要象征價值、藝術價值、美學價值或社會價值的文物、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身份的對象和領域。這就是為什么保護它們如此重要。然而，天氣、故意破壞以及時間的流逝都會使保護文化遺產變得困難。幸運的是，得益于3D技術，或許可以找到解決方案。確實，3D掃描和打印已經使用了很長時間，尤其是得益于“Scan the World”和“Twin It!”等項目。二者都致力于捕捉重要的文化遺產，以便擁有一個共同的文化數據空間。因此，在下面的列表中，我們決定通過來自世界各地的一些最有趣的應用程序來展示如何使用3D技術不僅幫助保存文化遺產，而且還能讓更廣泛的受眾接觸到它。

復活節島頭像

拉帕努伊島的摩艾石像，俗稱“復活節島頭像”，一直吸引著全世界的目光，并經常出現在電影、電視節目等中。然而，2022年10月，一場災難降臨。一場大火燒毀了100公頃范圍內的許多雕像，當地人認為這是對考古遺址無法彌補的破壞。這就是“掃描世界”的作用所在。MyMiniFactory項目是最大的3D數字化文化文物共享生態系統。事件發生后，Scan the World呼吁用戶加大掃描和3D打印物品的力度，以保護世界遺產。他們還共享文件，以便人們打印自己的物品。將悲劇轉化為希望的好方法。

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

3D打印毛利樂器

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

吠陀經文的復制

自2006年由PR Mukund博士創立以來，總部位于班加羅爾的非營利組織Tara Prakashana已經拯救了超過3,300份古代棕櫚葉手稿，其中大部分是具有數百年歷史的吠陀文學和教義。吠陀教是早期印度教的主要影響之一，該協會的使命是保存和傳播來自這些古老吠陀來源的知識。2024年，Tara Prakashana在印度開設了第一家用于手稿保存的3D打印實驗室，其第一個項目是3D打印世界上最古老的印度教經文《薄伽梵歌》副本。該團隊將使用FDM 3D打印機，用塑料細絲重現文字，確保文本能夠世世代代保存下來。

棕櫚葉手稿（圖片來源：Tara Prakashana）

利用3D打印改造中國傳統房屋

在中國，香港大學的教授通過整合3D打印墻壁翻新了一座老木屋。這個名為“未來的傳統房屋”的項目將傳統建筑與現代技術相結合，以振興鄉村景觀并適應社區的需求。作為南龍村政府舉措的一部分，研究團隊掃描并拆卸了原有建筑，然后用3D打印墻壁對其進行了擴建。這些新增加的部分創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，木框架和瓦片屋頂等原有元素被重新整合。這種方法再次證明，3D打印可以引入可持續和適應性解決方案，同時保護建筑遺產。

照片來源：Lidia Ratoi/John Lin

巴爾米拉貝爾神廟的重建

加州大學圣地亞哥分校的研究人員通過數字方式重建了巴爾米拉古城貝爾神廟，該神廟于2015年敘利亞內戰期間被摧毀。通過對寺廟被毀前拍攝的1,000多張照片進行分析，利用3D建模生成了一個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細節，包括覆蓋寺廟的藝術品和銘文。使用這些技術重建寺廟花了一年時間。該模型目前已成為大學檔案的一部分，并成為遺產保護和未來重建的重要參考。

梅洛格拉諾噴泉(Fontana di Melograno)的修復

另一個非常有趣的項目是都靈理工大學的DITAG部門的項目，該項目選擇了Creaform的Handyscan 3D掃描儀來改進文化古跡的記錄和修復。DITAG之前曾使用過LIDAR遙感技術，但它更適合繪制地圖，而不是掃描精細細節。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0.05毫米），并且便于攜帶和使用。它由兩個攝像頭、每個攝像頭周圍安裝的四個LED、一個紅十字激光模塊和回射粘性目標組成。利用該工具，DITAG掃描了都靈中世紀瓦倫蒂諾堡壘中的梅洛格拉諾噴泉(Fontana di Melograno)，并對其進行了修復。它是16世紀梅洛格拉諾噴泉(Fontana di Melograno)的復制品，其原始版本位于瓦萊達奧斯塔山谷的伊索涅城堡。此復制品由鐵匠Cesare Bianchi d'Orta制作，在1911年羅馬的歷史考古和藝術展覽上展出。在修復過程中，研究人員使用Handyscan 3D精確捕捉內部表面，并使用LIDAR系統繪制更大、更不詳細的區域。這兩種技術的結合使得獲得精確和多分辨率的表示成為可能，從而確保了修復的成功。

使用LiDAR掃描對塞提一世陵墓進行3D重建

2001年，Factum Arte開始對帝王谷的塞提一世陵墓進行詳細記錄。目的是創建一個高精度的考古遺址復制品。采用FARO Focus 3Dx230掃描儀測量墓室內部的建筑結構和空間關系。這臺LiDAR掃描儀從70個不同的位置捕捉了墓穴的幾何形狀，測量點之間的平均距離為1.5到3毫米。雖然LiDAR技術提供了精確的空間數據，但不足以捕捉高分辨率的表面細節。

為了解決這個問題，Factum基金會開發了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1億個點，提供如此高的分辨率，以至于最細微的裂縫和筆觸都清晰可見。然后將激光掃描捕獲的數據注冊到Faro Scene中以生成E57點云。然后在Lightroom中優化照片以改善曝光度、清晰度和色彩，并將數據導入Reality Capture進行進一步處理。然后進行逐步重建：將圖像分成幾部分，單獨對齊并作為組件導出。最后，使用激光掃描數據作為精確參考，對這些數據進行注冊和合并。

由RealityCapture中合并的激光掃描和照片組成的點云（圖片來源：Factum Foundation）

聯合國教科文組織世界遺產波隆納魯沃的數字文檔

斯里蘭卡的波隆納魯沃被列為聯合國教科文組織世界遺產，其中包括帕拉克拉馬巴胡一世于12世紀建造的古代花園的遺址。2019年3月，一個團隊進行了為期八天的實地考察，記錄這一重要的文化遺產地。目的是創建遺址的數字記錄并為未來的修復提供數據。該文獻以通過激光掃描和攝影捕獲的十六個建筑物的數字模型網絡為基礎。然后根據3D掃描結果得出平面圖、剖面圖和立面圖，以提供考古遺址的完整圖像。攝影測量的主要優點之一是其非接觸式記錄方法，這在研究文化古跡時尤為重要。此外，該團隊將無人機攝影和地面攝影與激光掃描相結合，創建了幾何和顏色細節豐富的高分辨率模型。RealityCapture也被證明是一個重要的補充，因為它允許結合攝影和激光掃描并有效處理大量數據。

RealityCapture的截圖（圖片來源：RealityCapture）

使用3D掃描儀制作歷史電影

沖突和戰爭給社會，特別是遺產和文化帶來嚴重后果，這是眾所周知的。例如伊拉克是遭受大量破壞的國家之一。現在，它是一個歷史悠久的地區，因為它曾經是文明搖籃美索不達米亞的一部分。幾年前，電影制片人伊萬·埃赫爾（Ivan Erhel）發起了一個電影項目，旨在記錄該地區的文化財富。故事講述了一個男人想要利用3D掃描來保存伊拉克文化遺產的殘存。因此，我們可以看到有幾種Artec3D解決方案用于掃描該國，無論是小物體還是幾米高的墻壁。伊萬·埃赫爾解釋說：“在歷史上的某些時刻，巴格達曾經處于世界之巔。也許現在我們可以稍微統一一下國家，同時也讓世界記住我們對美索不達米亞的虧欠——因為我們90%的文化都起源于這里。我們欠他們一切。?

該團隊使用Artec Eva掃描儀掃描墻壁（圖片來源：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。胡庫魯米斯基目前已被列入聯合國教科文組織世界遺產預備名單。該遺址于1658年蘇丹易卜拉欣·伊斯干達統治期間建起，包括清真寺建筑、17世紀的墓地和尖塔。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文件和額外的保護和修復工作，才能將其正式列入聯合國教科文組織名單。因此，馬爾代夫遺產部門委托Water Solutions Pvt Ltd制作該遺址的3D地圖，以彌補缺乏與其建造相關的圖紙或歷史文獻的缺陷。

Water Solutions是一家專門從事環境測繪和咨詢的公司，他們使用了Leica BLK360激光掃描儀、Leica Viva TS16全站儀和Leica GS18 T GNSS RTK探測車。盡管面臨空間狹小和建筑細節復雜的挑戰，但借助這些儀器，研究人員在短短幾天內就捕捉到了整個考古遺址。將該建筑群數字化將有助于保護其建筑結構并支持未來的修復工作。所收集的數據將用于屋頂的修復，并作為正式申請列入聯合國教科文組織名錄的依據。

利用3D技術提高文化遺產的可及性

在增材制造在藝術和文化遺產領域的應用中，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3D技術來增強文化遺產，并利用其潛力為文化場所創造互動作品。Hi.Stories使用3D打印為視障人士創建觸覺導覽并提高博物館的可訪問性。此外，該公司還以3D方式打印用于教育目的或臨時借出的文物，以便文化機構可以向公眾展示復制品。

3D打印古代徽章（圖片來源：Hi.Stories）

3D打印的帕格尼尼小提琴

為了紀念2023年帕格尼尼音樂獎成立70周年，同名主辦方制定了特殊的營銷策略。帕格尼尼獎與意大利羅馬的3D打印公司3DiTALY合作，用3D打印技術打印了作曲家、“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，現藏于熱那亞的圖爾西宮(Palazzo Tursi)。使用3D掃描儀進行測量，然后以1:1的比例重新打印。為此，3DiTALY使用了SLA工藝和白色樹脂。所需的許多細節和支持帶來了特殊的挑戰，因為必須在打印后小心地將它們去除。然后用紅色尼龍線安裝3D打印機輸出的圖像。對于熱那亞市長馬可·布奇來說，3D打印小提琴不僅是一個聰明的營銷舉措，也是一種現代的文化教育方式。這把小提琴的目的是喚起人們對音樂史的興趣，并為帕格尼尼的塵封形象注入新的活力。

編譯整理：3dnatives