數典奇遇際

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3D數位典藏應用流程工作坊會後報導


會議一開始介紹關於3D掃描技術的優點在於使用電腦化的作業方便工件的量測、對位以及減少拍攝的時間,亦可減少對文物搬運及移動,降低文物損壞的風險。另外,這項技術尚待突破的困難點在於光源的調整,因為平面攝影和立體攝影的最大的差異在於光源的變化,因目前所進行的色彩管理技術,首重將光源的部份控制成固定的均勻光;拍照時可在工件周圍架設棚燈,而在戶外進行掃描工作時,要儘可能的選擇陰天拍攝,因為當太陽光線過強時,掃描系統的效率會大打折扣。
 
接下來的重頭戲就是介紹這套快速且精確的掃描系統,主要執行流程圖如下:

3D掃描流程圖
資料來源:馬路科技顧問股份有限公司
 
上述步驟中ATOS系統中主要負責物件掃描工作,該掃描機配有兩個工業級的CCD Camera,單次掃描最少可達80萬個點,再配合自動旋轉台設定掃描角度。該系統的特點除了掃描的速度快之外,也不需要對掃描物件進行噴粉以及黏貼標記點,不同以往的方式卻可大大減少對物件的接觸損害。
 

ATOS系統
 
掃描的位置的關鍵在於物件周圍的標記點(編碼標籤),每個標記點依照不同的圖案都有屬於它的特殊編號,掃描機只需找到三個標記點就可以運算出相對空間,對於大型物件也可進行拆解,個別掃描後再進行對位結合。最後,利用三角網格運算技術,將重複掃描的資料消除,並根據工件外觀的曲率進行最佳化運算,建構出物件的輪廓。
 

標記點(編碼標籤)擺放位置
 
 一般立體物件的輪廓構造精細,僅靠掃描機是無法得到完整精確的資料,對於物件的倒勾、深孔這些因光學掃描器無法測量的資料,就必須依靠一套虛擬雕刻系統FreeForm來進行整修。FreeForm這套系統除了有內建的材質庫可模擬物件材質外觀,亦配置了具有力回饋設計的機械手臂,讓使用者進行3D物件的雕刻與修改。筆者在實際測試力回饋手臂進行物件雕刻時,彷彿手中真正握著雕刻刀在進行物件的雕刻,當劃下的每一刀落在物件上的反作用力,是清楚且直接的反應在筆者的身上。
 

FreeForm系統-力回饋手臂
 
掃描完成後,僅取得黑白色彩的物件外型,對於物件原始的色彩還需透過TRITOP系統的建置,該系統包含了1200萬畫數的高階數位單眼相機以及照片貼圖軟體。此步驟的關鍵除了在上述的光源調整外,還須將標記點(編碼標籤)放置在物件的周圍,待照片拍攝完畢後,軟體會依照標記點的相對位置進行貼圖定位運算,將影像自動整合上色成完整的圖像。
 
經過了前述的幾項步驟後,雖然可以清楚的看到建構完成的3D物件影像,但數位典藏追求的是擬真且高精細的數位藏品,還是須經過後製精修才能得到更好的的影像。此時可以再將檔案匯入FreeForm裡進行更精細的修改與上色作業,依照物件之需求設定材質、光源、背景和解析度等,最後再依照使用目的輸出.BMP/.JPG/.TIF以及.MOV360度互動檔。
 
除了上述3D數位化流程應用外,講者也介紹利用ATOS的高精密的量測技術和FreeForm系統的模型編修功能,可以將建置完成的3D模型檔匯入快速原型設備(Rapid Prototyping,簡稱RP)輸出模型樣品,提供典藏品未來加值運用的方式。

RP輸出產品
 
這次的工作坊所介紹的3D掃描應用流程內容豐富精采,除了ATOS系統快速精準的量測外,FreeForm系統帶給3D影像的無限可能,以及RP系統精確的模型製作能力,都帶給與會來賓不小的收穫。不過3D拍攝中對於光源的控制以及3D影像的擬真技術,也是我們期待能有更進一步突破與更臻於完美的地方。在進行數位典藏的過程中,各類的藏品有屬於該類型適合的典藏方式,當然也期待未來能有更多更進步的技術能滿足不同條件與類型的典藏品,讓各項數位化技術能更趨於完善。


備註:圖片提供/陳秀華小姐

延伸閱讀&相關連結:
1. 博物館電腦網路協會台灣分會: http://mcntw.teldap.tw/
2. 古蹟建築數位化整合新趨勢:http://content.ndap.org.tw/index/?p=940
3. FreeForm系統影片介紹:
  
http://www.youtube.com/user/MajentaFreeForm
4. RP輸出模型影片介紹: http://www.rat.com.tw/ProJet/ProJet_media.html


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