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Artec Eva揭秘后維京時代埋藏829年之久的沉船秘密

來源:寧波福萊德三維科技有限公司   2025年01月13日 17:20  

概要一支德國小型海洋考古學(xué)家團隊正在與時間賽跑,,他們需要在冬天來臨前,,為古沉船228條木材進行清理,、掃描,、標注和照相工作,。

目標使用專業(yè)手持式3D掃描儀,,在5-10分鐘內(nèi),,清晰捕獲26.2英尺(8米)長的木材四個表面,,隨后加工并標注3D模型,,以收錄木材詳細信息。

使用工具Artec Eva,、Artec Space Spider

在德國Mecklenburg-Western Pomerania擴建維斯馬港口時,,考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了幾艘沉船。其中之一,,也是最新發(fā)現(xiàn)的一艘,,僅位于水下9.8英尺(3米)的距離。

因為海港海底厭氧,、低堿度,、無菌無腐、無蟲蛀的環(huán)境,,波羅的海和港口的淤泥完好保存了沉船木材,。 

這艘?guī)в新短旒装宓拇笮痛婚L78.7英尺(24米),寬13英尺(4米),,可追溯至1188年,。之后的3D掃描顯示,這艘船是完*通過斧頭和扁斧制作的,,樹木年代學(xué)研究顯示,,這艘船的橡木和松木來自瑞典。據(jù)估算,,船員人數(shù)約為8-12人,。 

“這是一艘后維京時代的船,”海洋考古學(xué)家兼項目負責(zé)人Jens Auer博士說道,“幾個世紀以來,,這艘船都被埋在砂石和淤泥之下,。”他繼續(xù)說道,“這是一艘重型大噸位貨船,,北歐設(shè)計,,制作精良,堅固耐用…有重疊松木木板,,焦炭風(fēng)格,,船身曲線優(yōu)美…應(yīng)該是在和平年代所建,當年很有可能運輸過木材,、石塊,,甚至大量啤酒。”

“從海底吊起沉船后,,我們驚訝地發(fā)現(xiàn),,松木狀態(tài)依舊完好,就好像是前一天剛砍的一樣,,” Auer說道,。

接下來,需要比較三艘船的原始建筑風(fēng)格,。前兩艘一艘是平底船,,另一艘是尖頭船、維京風(fēng)格,,而第三艘船,,我們稱之為“大船”,是一艘非常堅固的貨船,,掛著橫帆,,在波羅的海周圍運輸大量貨物。

下一步,,考古學(xué)家決定深入研究這艘船,,并做好記錄,這既能保護這件寶貴的文化遺產(chǎn),,又能幫助今后的研究者和世人深入了解這件特殊的文物。

但這也是一場同時間的賽跑,。冬天到來后,,這些剛被發(fā)現(xiàn)的木材埋在淤泥水下,很容易受到傷害,。他們必須立刻行動,,把沉船從海港底部吊起,并在嚴格保護下,,盡快開始研究和建檔工作,,保護這艘幸免于難的船只,。 

Auer了解了他們過去進行3D掃描和建檔的方式,以及當時的技術(shù),,他立刻意識到,,這種方式不可能在一年內(nèi)對228件大船木材完成清洗、掃描,、加工,、描述、標注,、照相等工序,。 

Auer盡可能組建了一支優(yōu)秀的專家團隊:他邀請了來自Ubi3D的3D記錄專家和海洋考古學(xué)家Thomas Van Damme,他帶來了可在Rhino中掃描并標注3D網(wǎng)格的特殊方法(見下文解釋),,他還邀請到了負責(zé)3D掃描的海洋考古學(xué)家Massimiliano Ditta,,以及比利時攝影測量和3D記錄專家Marie Couwenberg,和丹麥海洋考古學(xué)家Benjamin Halkier,。

“我們只花了一周時間,,就決定了掃描方式、整個流程和方法,,以及精確的順序,,”Auer說道。

他們過去使用的是Faro Arm接觸式3D掃描儀,。接觸式掃描時通過收集單獨的點,,再轉(zhuǎn)換成固體,最后制作成3D模型,。這一過程非常漫長,,而且需要專業(yè)人員才能保證不會出錯。

過去的經(jīng)驗表明,,即便一整天都在掃描,,那一天最快也只能對1.5塊木材完成掃描和全部標注。228塊木材,,則需要超過一年的時間,。這速度太慢了,所以只能尋求他法,。

在Auer進行前一個項目的生態(tài)影響評估和沉船保護時,,來自Artec金牌授權(quán)經(jīng)銷商KLIB的一位專家,見多識廣,,經(jīng)驗豐富,,他向Auer介紹了專業(yè)3D掃描儀Artec Eva。Eva是一款質(zhì)量輕便、全彩色3D掃描儀,,廣泛用于考古,、逆向工程等領(lǐng)域。Auer被眼前的一切所震撼,。他最后用Eva在一些潮濕的木頭上進行了嘗試,。當他發(fā)現(xiàn)這款手持式結(jié)構(gòu)光掃描儀居然能夠又快又準地捕獲木材的全部細節(jié),他立刻決定選擇Eva,。

于是,,在Auer的強烈推薦下,團隊開始采用Eva掃描大船,。 

“正常情況下,,過去的方法需要一年時間才能完成所有木材的掃描和標注,但使用Eva,,只需要一個月,!”Auer說道。

Eva的木材掃描流程如下:

在離著名什未林城堡不遠的什未林倉庫開始掃描,。 

“每天7塊木材,,包括清洗、掃描,、標注,、描述、照相…228塊可以由一個4人團隊在33天內(nèi)完成,,” Massimiliano Ditta說道,。

每天備好7塊木材等待掃描,其中2塊拍干,,一次性掃描,,剩下的5塊蓋上濕布。這是因為暴露在空氣中20-30分鐘,,干燥的空氣會讓木材變形碎裂,。

“掃描一塊26.2英尺(8米)長、7.1英尺(2-3米)厚的木材四個表面只需要5-10分鐘,,” Massimiliano Ditta說道,。

“即使Eva對我來說很陌生,但沒多久我就學(xué)會如何使用了,,非常喜歡…它為我們節(jié)省了大量時間,,而且和Faro接觸式掃描儀相比,用起來也很舒適,,” Ditta表示。

他繼續(xù)說道,“我們掃描了部分木材的側(cè)面,,但有些因為平放時略有壓彎,,所以不得不把它們用繩子從天花板吊起,然后再進行掃描,。” 

Van Damme解釋了整個流程,,他和Auer、Ditta等其他項目人員一起制作并進行了調(diào)整,,然后將成果帶去了ISBSA會議,。

“首先,掃描每塊木材的四個表面,,然后,,在Artec Studio中將掃描數(shù)據(jù)加工成美觀彩色的紋理網(wǎng)格。這些是效果*好的木材數(shù)據(jù)模型了,。隨后,,將這些數(shù)據(jù)以O(shè)BJ文件格式導(dǎo)出至Rhino 5進行標注。” 

“在Rhino中,,木材的每個特征都會通過PolylineOnMesh功能進行完善的標注,,存于單獨的圖層,精確記錄它在木材上的位置,。標注包括每一處切痕,、釘眼,每一處劃痕,、木紋,,使用的釘子類型,是鐵釘還是木栓,,當初使用了哪些工具,,是否有維修痕跡,使用了何種木材,,甚至包括木材取自于樹木的哪個部位,,樹干還是樹枝等等。”

“標注過程中,,我們看到的不僅是數(shù)字化的紋理網(wǎng)格,,還可以親眼感受到真實的木材,這就是我們標注的對象,。” 

“這兩步完成后,,我們?yōu)樗心静囊患患⑼暾敱M地制作了2D工程圖,。這些工程圖都是基于3D模型精簡的,,只涵蓋對研究人員有用的解讀信息,,包括反應(yīng)木材外形的木材輪廓和橫截面,以及在Rhino標注木材特征的彩色線段,。有了木材的2D工程圖,,研究員可以對木材的特征一目了然,” Van Damme說道,。

“和攝影測量法相比,,Artec Eva最大的優(yōu)點就是用戶友好,換句話說,,即便沒有3D掃描經(jīng)驗的人也能完成建檔工作,,另外,其設(shè)計也使整個木材掃描變得非常有趣和高效,,不用再為每塊木材從奇奇怪怪的角度拍攝300多張照片了,,” Van Damme解釋道。 

這些工程圖和木材紋理網(wǎng)格2D視圖,,以及書面描述,,都會載入發(fā)布報告結(jié)尾的木材記錄中,這么做可以讓研究人員觀察到每塊木材的細節(jié),。木材記錄還包括一段文字說明,,解釋工程圖上不同色彩的不同含義。

“過去,,木材的每個邊緣都得用接觸式掃描儀(如FaroArm)追蹤,,這一過程非常耗時。而我們的方式有一項優(yōu)勢,,就是Rhino的工具可以直接將標注的掃描數(shù)據(jù)(3D紋理網(wǎng)格+解讀木材的多線段圖層)轉(zhuǎn)換成工程圖,。所以,2D工程圖事實上是根據(jù)掃描標注自動生成的,,不需要我們?nèi)ビ涗浤静妮喞?rdquo;Van Damme說道,。

但如果要通過高分辨率網(wǎng)格直接數(shù)字化重建這艘船,并不是毫無困難:一些木材保存得沒有另一些好,。Auer解釋了他們的解決方案,,“靠近港口的那一側(cè),狀態(tài)幾乎完*,,所以我們用Eva掃描了那一側(cè),,然后鏡像處理,就能根據(jù)Eva捕獲的數(shù)據(jù)制作出一艘美觀的船只了,。”

Massimiliano Ditta對所有木材進行了3D打印,,制作了一艘迷你船。“我用石膏粉制作了1:20的沉船3D模型,,和原始船體完*一樣,,好找到一些松散元件的位置,。”

縮放的模型也被用于一系列科學(xué)分析,如流體靜力學(xué),、CFD(計算流體動力學(xué))等,,還向公眾開放,通過互聯(lián)網(wǎng)向世界傳播,,讓世人了解這艘船的真實面貌。

Auer和Ditta使用新購置的Artec Space Spider掃描了大船模型,,這是一款超高精度彩色3D掃描儀,,能為精密物體制作的數(shù)字模型。

Auer表示,,整個項目非常順利,,Mecklenburg-Vorpommern文化保護部門新也購置了Artec新款手持式專業(yè)3D掃描儀Artec Leo,且很快就會到貨,。Leo是一款已獲殊榮的革命性3D掃描儀,,搭載內(nèi)置觸摸屏,能帶來真正的無線掃描體驗,。

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