3D掃描儀

· Artec Eva

挑戰：為澳大利亞悉尼出土的19世紀船只進(jìn)行數字化工作，修復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，即可恢復完整原貌。

海洋考古學(xué)家Renee Malliaros掃描Barangaroo號內部船體木板層的船木。木材被懸掛在有著(zhù)獨立且不同幾何與紋理的平臺橫梁上。[供圖：Heather Berry/Silentworld基金會(huì )；版權所有：悉尼地鐵2019]

要是聽(tīng)說(shuō)澳大利亞出現了什么新鮮事，想必很多人第一個(gè)猜到的就是那些順利跑進(jìn)城區、機敏狡猾的哺乳動(dòng)物，或者大到嚇人、離得越遠越好的超大蜘蛛。

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(kāi)發(fā)項目之一”，項目經(jīng)理Irini Malliaros說(shuō)道。同時(shí)，她也是Silentworld基金會(huì )的海洋考古學(xué)家，基金會(huì )是一個(gè)專(zhuān)注于海洋考古、歷史、文化、遺跡的澳大利亞非營(yíng)利組織。這片特殊的圍墾區，將來(lái)將會(huì )成為Barangaroo地鐵站，團隊在這里發(fā)現了原來(lái)的造船廠(chǎng)。該地區以Barangaroo命名，這是Cammeraygal部落的一位原住民婦女，在歐洲殖民時(shí)期，是一名強大的領(lǐng)導者。“所以，他們發(fā)現了各種與海洋相關(guān)的物品，” Malliaros說(shuō)道，“其中還包括一艘小船。”

Barangaroo號是在一片圍墾區的造船廠(chǎng)附近發(fā)現的。人們認為，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。[供圖/版權所有：Renee Malliaros/Silentworld基金會(huì )]

這艘船大約是1820年左右被發(fā)現的，當時(shí)，人們還討論了很久，該如何挖出來(lái)，是整艘一起挖，還是一塊一塊挖？

“最后，人們認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運輸，會(huì )更安全，” Malliaros解釋道。“（所以現在）有了這艘12乘3-3.5米長(cháng)的船，目前只有碎片，放在水箱里，被保存在悉尼地鐵的保護裝置中。 ”

現在，他們的任務(wù)就是要想個(gè)方式，為這艘船完成數字化工作，盡可能收集船只信息，完成數字形象，同時(shí)將原物進(jìn)行相應處理，用于展出。而負責數字化工作的掃描儀正是Artec Eva。

“過(guò)去幾年，我和Renee交流了很多很多次，沉船抵達后，就去拜訪(fǎng)過(guò)他們，”埃太科金牌授權經(jīng)銷(xiāo)商Thinglab三維掃描主管Ben說(shuō)道。

“這是一個(gè)特別有趣、讓人興奮的項目；不僅因為這是人類(lèi)挖掘出來(lái)的澳洲殖民時(shí)期古老的船只，同時(shí)，也因為我們的處理方式。通過(guò)Eva記錄船只每個(gè)部分，再用數字方式重建，非常炫酷。”

木板掃描

這樣一項細致又復雜的項目，肯定需要專(zhuān)業(yè)人士的參與。這種情況下，比利時(shí)的3D專(zhuān)家、海洋考古學(xué)家Thomas Van Damme飛到澳洲，進(jìn)行團隊培訓，他也參與了船只木材的數字化記錄工作。

完成一份掃描后，Thomas van Damme（左）正在演示掃描處理。Thomas培訓了4名海洋考古學(xué)家，來(lái)協(xié)助Barangaroo號船只項目。在澳洲，人們從未采用這種方式記錄過(guò)沉船。[圖像版權：悉尼地鐵，2019]

依托Van Damme的專(zhuān)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，但相當耗時(shí)，且不準確。

“一些（典型的）接觸式三維法，只能追蹤考古學(xué)家眼中認為的重要特征，必然會(huì )忽略很多其他細節，”Van Damme說(shuō)道。“而Artec Eva呈現的是木材真實(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的帶紋理三維掃描。如需掃描科教、藝術(shù)、設計等領(lǐng)域的中小型物體，結構光科技掃描儀Eva適合掃描幾乎一切物體，無(wú)論是半身像還是本項目中擁有200年歷史的船只。

Thomas van Damme演示如何掃描Barangaroo船只上又長(cháng)又薄的木板。木板平放在桌上時(shí)，這些細邊的捕獲并不容易，所以團隊設計了一個(gè)懸掛系統來(lái)解決這一問(wèn)題。[圖片：Renee Malliaros/Silentworld基金會(huì )；版權所有：悉尼，2019]

三維捕獲過(guò)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(zhù)它們掃一遍，翻個(gè)面再掃一遍，就搞定了，” Malliaros說(shuō)道。“我當時(shí)因為來(lái)回走動(dòng)非?？?，都感到頭暈了！”

因為這些木材都是按照原來(lái)的樣子，或者說(shuō)被發(fā)現時(shí)的樣子存放的，所以打開(kāi)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(kāi)后會(huì )被放入水中恢復，因此，外形可能會(huì )發(fā)生變化。我們必須盡快完成，而且必須精準無(wú)誤，” Malliaros說(shuō)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)間內完成精準的3D模型。[圖片版權：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(cháng)達15分鐘，有些比較薄部位，如木板，會(huì )被懸掛起來(lái)，確保一次完成。

“捕獲過(guò)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(huà)一樣的感覺(jué)。”

掃描處理

在Artec Studio software中處理完掃描數據后，3D模型被導出至建模軟件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。因為這些特征對于今后的工作而言至關(guān)重要，” Malliaros說(shuō)道，他還表示，船只結構與周?chē)练e物的科學(xué)分析也正在進(jìn)行當中。

木材掃描通過(guò)Artec Studio被處理成干凈的3D模型，考古學(xué)家可在Rhino中仔細觀(guān)察，補充注釋?zhuān)涗浢考髌返脑敿毿畔ⅰ?/span>[圖片版權：悉尼地鐵，2019 ]

“（三維掃描和處理）相當簡(jiǎn)單，而且過(guò)程令人滿(mǎn)意，符合人體工學(xué)，”Van Damme說(shuō)道。“很快就有了數字水密模型，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，項目一個(gè)月內就完成了。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，該博物館從項目初期就一直提供支持。

“在約克考古基金會(huì )監管維護員Ian Panter的建議下，Barangaroo號現在正在進(jìn)行化學(xué)處理，可能要浸泡處理數月，明年才結束，”Malliaros說(shuō)道。“到時(shí)再檢查效果如何。”隨后，木材會(huì )被分批放入冷凍干燥器。木材干燥后，進(jìn)行清洗和護理工作，預計重建工作將在2-3年后進(jìn)行。

“處理船只原物前，還會(huì )進(jìn)行一次試驗，看看各部位如何組裝起來(lái)，需要什么樣的支架系統，” Malliaros表示。

為實(shí)現這一點(diǎn)，在博物館拼搭木船之前，必須先根據3D模型對各部位進(jìn)行等比例3D打印。“到時(shí)會(huì )有有一套類(lèi)似拼圖的船只縮放模型，一旦各部位契合，那就直接‘動(dòng)真格’，拼真的部件。”

2019 Barangaroo記錄維護團隊成員。從左往右：Ian Panter（監管維護員-約克考古基金會(huì )）, Renee Malliaros（項目經(jīng)理–Silentworld基金會(huì )），Ron Turner（2019 項目經(jīng)理– 悉尼地鐵），Paul Hundley（資深海洋考古學(xué)家–Silentworld基金會(huì )），Heather Berry（助理維護員 – Silentworld基金會(huì )），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(zhuān)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)現并掃描了四艘船。今后，埃太科解決方案會(huì )繼續參與這類(lèi)項目。

“我們期待能進(jìn)一步合作，協(xié)助基金會(huì )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(huì )記錄使用3D數據。”

為了讓世人欣賞這艘年代久遠的船只，團隊做了大量工作，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，但卻造得十分結實(shí)，可能整天往返穿行，忙著(zhù)擺渡，甚至還有可能沿著(zhù)海岸線(xiàn)附近，提供短途旅行。

“這艘船讓我們窺探到了當時(shí)那個(gè)年代的社會(huì )經(jīng)濟環(huán)境，”Malliaros說(shuō)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(lái)也用了很久，一定對主人而言非常重要。”

寫(xiě)到這兒，不禁好奇，當主人在幾個(gè)世紀后見(jiàn)到這簡(jiǎn)陋卻堅固的船只，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(huì )頗為感動(dòng)呢？