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石碑三维数字化采集

采用三维扫描+近景摄影+虚拟修复+3D展示四种技术的综合应用,来把真实的石碑现状完整的进行三维数字化保存的同时可以供大家在互联网上进行浏览。

  企业名称

  北京浩宇天地测绘科技发展有限公司

  企业概况

  1、公司简介

  北京浩宇天地测绘科技发展有限公司成立于2005年, 是一家高新技术企业并具有测绘乙级资质、进出口资质,是国内从事三维扫描设备销售及三维工程最早的企业之一 , 公司致力于三维产业链的应用和发展,在工程项目实施、应用软件研发、设备销售、售后服务等方面拥有丰富的经验和竟争优势。

  2、专业团队及行业获奖

  公司以吸引优秀人才,优胜劣汰为原则,聚集了一批具有良好素质、专业技术过硬的人才。其中本科生38人,研究生1人,博士5人。浩宇三维是第一版«地面三维激光扫描作业技术规程»编制单位之一 , 《基于三维激光扫描系统的文物保护关键技术》 荣获2017年北京测绘学会的测绘科技进步三等奖,《某御制石碑三维扫描采集费项目》荣获2017年度北京市优秀测绘地理信息工程三等奖。浩宇三维是中国测绘学会、北京测绘学会理事単位,是FAR0中国金牌代理商、3Dsystem中国区代理,自主研发了智图云天下系统及HEROSCAN三维激光扫描仪,是国内三维实景(扫描)技术的领导者之一。

  3、区域建设

  浩宇三维以三维系统解决方案、三维设备及相关软件经销和租赁、软件开发三大业务为核心。公司总部位于北京市海淀区,在华北区、华中区、香港等地设有销售分公司或办事处,总部包括三维数据(北京)世界处理中心、三维事业核心发展部、安全监测中心、渠道发展部、技术研发部、测绘工程部、测量仪器部、高铁分院等部门,是集科、工、贸一体的业内知名企业。

  4、技术体系

  浩宇三维经过多年的发展,客户遍及航空航天、汽车、测绘、建筑与土木工程、科研教育、数字工厂、制造业、林业、能源化工、文物保护、医疗等多个行业和领域,公司自主研发的无人机载三维扫描系统、三维地下管线管理系统、三维智慧博物馆管理系统、三维点云数据处理、三维点云建模、三维模型纹理、三维模型浏览等软件和特大专业测绘三维数据采集平台等,在三维实景扫描、逆向工程、质量检测等领域得到广泛应用,是行业标准和新技术的领导者。

  5、服务领域

  公司以“三维激光扫描”技术为核心,研发、生产、引进和销售高端三维激光扫描仪和应用软件。满足社会发展的急需,为文化遗产保护、修复、数字化存档、航空航天、农林、矿山、石油、智能交通、建筑BIM、虚拟实景等领域提供了专业服务。

  6、市场定位

  研发、引进、融合、推广国际先进的三维数据采集和处理技术,适应、满足我国社会进步和发展对三维技术的需求。做三维扫描最佳服务商。

  7、发展思路

  充分利用现有产品、技术、渠道、行业资源---发挥高新企业优势适应国家发展政策,以解决社会需求为己任---以合作共赢为前提和有发展意愿的相关机构或用户成立多个企业实体----创建浩宇品牌的自主产品和经营模式----尽快提高市场占有率和社会影响力----实现主板上市。

  8、发展目标

  公司以市场需求为前进导向,以三维激光扫描项目及测绘的事业进步为发展动力;将前沿的专业技术发展为高效的行业生产能力,将公司的“做三维扫描最佳服务商”理念普及到社会。营造“浩宇三维”品牌,树立报效社会理念,将核心做大做强。

  公司将向外拓展,向内挖潜,抓住历史机遇,实现跨越式发展。

  参选案例

  石碑三维数字化采集

  案例介绍

  古代石碑常年经受自然的侵蚀,石碑上的文字已经模糊不清,并且有的文字用肉眼也已经无法分辨出来。所以我们采用三维扫描+近景摄影+虚拟修复+3D展示四种技术的综合应用,来把真实的石碑现状完整的进行三维数字化保存的同时可以供大家在互联网上进行浏览。

  1、设备介绍

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  2、外业采集工作

  2.1、扫描流程

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  2.2.1、布置现场

  为了防止游客进入现场造成人体伤害或对石碑造成伤害,我们在现场布置了警示带并设置了警示牌。

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  2.2.2 搭建脚手架清灰

  因为石碑比较高,带底座和碑顶纹饰3米左右,所以要搭建小型移动脚手架,每个题名碑要搭建3层。

  为了防止搭建移动脚手架对石碑造成伤害,我们根据工作人员所需的扫描距离设置架子距石碑的宽度。

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  2.2.3 faro扫描仪区域扫描

  对于整体的扫描采用Faro Focus S350进行扫描,以达到整体精度控制和碑身平面数据的获取。精度控制(2MM)

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  2.2.4 手持扫描仪进行文字和纹饰的扫描

  由于石碑上的文字已经模糊不清,所以我们必须使用HEROSCAN等收拾扫描仪进行高精度扫描来获得清晰的文字三维模型。

  2.2.5 采集石碑纹理数据

  滑轨保证了所拍照片的重叠度,闪光灯保证了所拍照片不收自然光照影响,体现了纹理的真实性。

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  2.3 内业处理工作

  2.3.1 内业处理流程

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  由于前期的扫描时分管齐下的所以我们的内业处理流程也分了三个部分,手持数据、faro整体数据、纹理映射,三个部分同时进行交叉作业。提高了工作效率。

  (本项目采用Geomagic Wrap2015软件利用扫描的大量点云数据,通过构建三角网的方式拟合物体的形状,这是一种精细建模的方式,它主要适用于石碑中不规则形状、结构复杂的部件,对与平面部分可大量抽稀点云,来减少数据量。)

  通过数据处理,单体石碑整体精度小于1cm,细节体现精准,误差小于0.1mm。

  2.3.2 大空间扫描仪数据处理:拼接、去噪、过滤、导出、封装、简化

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  2.3.3 手持扫描数据处理:去噪、网格医生、简化、全局注册

  这是所有扫描数据处理完成之后得到的整体模型,模型处理完成以后下一步就是贴图了。

  目前市场上有许多贴图软件,如Maya、Max等,但是这些软件更偏重于材质的贴图,如果是真实照片的贴图也会把所拍的照片进行缩小,

  并且支持的数据量非常有限,高于200万的网格就很难进行贴图,并且还需要展UV,这对于这个项目来说是天大的工作量。

  为了达到高还原的文物存档,我们采用自主研发的贴图软件ModelPainter,此软件是在敦煌项目中实践过的,是最适合贴复杂文物的贴图软件。

  2.3.4贴图大师自动贴图

  自动贴图的关键技术在于,第一张图贴上之后,其他图片根据第一幅图计算出重合度然后进行图像之间的自动匹配。

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贴图模型

  2.3.5 3D展示模型

  unity3d是目前最流行的三维浏览平台,模型贴完图后进行导入,在unity3d中进行灯光设置、输出漫游,包括单机版(.exe),不用安装任何软件,直接打开可直接浏览,并到导出web格式(.html),可以用网页的形式打开,部署到服务器上,还可以通过网络浏览数据。

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  2.3.6 石碑上的文字进行记录

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  2.3.7 电子拓片的制作

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  2.2.8最终提交结果

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  技术创新

  1、 采用三维扫描+近景摄影+虚拟修复+3D展示的技术的综合应用

  2、 采用FRAO大空间扫描仪和HEROSCAN手持扫描仪组合使用来提高扫描效率和质量。

  3、 为了保证石碑纹理的真实性,我们在石碑四周根据脚手架搭设幕布,达到人造摄影棚效果,采用阵列式拍照与单反拍照相结合的方法,提升拍摄质量

  4、 现状模型在贴图大师中贴完后,记录了控制点的位置,导入新模型后,照片的控制点不会丢失,省去重新选择。

  案例价值

  1、 我们最终的成果有扫描的素模,彩模,高清正射影像,高清照片、高清3D展示(单机和web)、3D打印模型以及石碑文字内容。

  2、 因为有些文字在自然的侵蚀下其实用肉眼已经无法看到了,但是用我们的高精度三维扫描仪可以把这些文字扫描出来,并且能够在电脑端观看清楚。所以无论是提供给游客进行观赏,还是提供给文物研究人员进行研究,都是非常方便,非常清晰的。

  3、 因为不需要通过实际接触石碑,所以也防止了对石碑的人为损坏。

  4、 通过三维数字化可以永久的保存和修复这些珍贵的文化遗产,具有非常重大的意义。

  用户满意度

  通过我们公司项目人员的143天的努力,我们把非常精美的石碑的三维数字化模型提交到客户手里,客户对我们提交的成果也是非常的满意,并且做出了很高的评价。并且我们的成果一次性通过客户的审核。

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