3D捕捉技术让苏格兰古董船在互联网重获新生

近年来，用3D扫描对文物、艺术品进行数字存档的案例不在少数，这样做的好处是可以随时准确逼真地还原它们某一时刻的样貌和细节，让任何人可以在线进行360°查看。比如，尽管巴黎圣母院在2019年遭遇大火，但是早在几年前，就有学者用激光扫描和3D摄影捕捉到圣母院的内部结构，至今留下的360°影片依然可用作修复过程的参考。

除此之外，也有很多博物馆用3D捕捉和建模技术保存古董和文物。今天我们要讲的，就是苏格兰海事博物馆进行的一个三维数字化项目：Scan the Horizon（中文直译扫描地平线），通过三维数字捕捉方式记录下馆藏的各种船只、机床和手工艺品，并发布在3D内容平台Sketchfab上供任何人查阅。

据了解，苏格兰海事博物馆坐落在维多利亚时期建造的建筑中，这里也曾是斯提芬父子造船厂的轮机车间。这里典藏的展品讲述了曾以造船业出名的苏格兰的航海故事，包括世界上首个商用船舶测试设施：丹尼船舶模型试验池，也是Denny船厂最后幸存的部分。

苏格兰海事博物馆希望通过三维数字化的全新交互方式，向公众推广苏格兰的海事及工业遗产，为苏格兰造船史注入活力的同时，也培养年轻人对博物馆内容的兴趣。除了与公众进行互动外，Scan the Horizon项目也希望实现三个目标：

1）精准记录博物馆藏品，帮助工作人员监控文物的状况；

2）通过数字手段让更多人查看馆中藏品；

3）通过额外的叙事手段，帮助线上观众从三维数字藏品中发掘背后的故事和历史。

船体太大，如何拍摄？

考虑到藏品的数量和规模，三维捕捉和还原将是一个大工程，并且对技术要求也颇高。为了节省成本，苏格兰海事博物馆的工作人员决定采用激光扫描和摄影测量法混合的方案。

也就是说，用摄影测量法捕捉较小的藏品，即：使用一台专业相机、高分辨率镜头加上一些摄影技术，就可以比较快速完成3D捕捉，以及质量较高的3D建模。

而对于规模较大的古董船、引擎和机床来来讲，则需要使用更高端的装备。据悉，这些物件的主要采用金属材质，外表涂着有反光的漆，大部分为黑色，而这些材质对于为3D捕捉带来了一定挑战。黑色和反光的物品通常不适合用摄影测量法或激光扫描进行捕捉，考虑到船只的体积，更难以移动到可控光线的室内拍摄。

因此为了解决上述难题，工作人员投入了大量耐心和对细节的追求，通过融合激光扫描和摄影测量法（捕捉纹理），用大量重叠的数据实现了精准的3D内容捕捉。

不仅如此，工作人员还需要一个较长的学习过程才适应整个3D捕捉和处理流程，从中也总结了一些经验，比如：在捕捉黑色表面时，稍微过渡曝光效果会好一些；而偏光滤镜则对捕捉反光材料有所帮助。总之每种不同的物品都可能会带来不同的挑战，解决方案也有所不同。

关于拍摄过程

苏格兰海事博物馆工作人员分享了3D捕捉的标准流程：

1）激光扫描：将3D捕捉的重点放在数据重叠，以及捕捉精准数据上。然后在Leica Cyclone等专门软件上拼接点云数据，重叠的点云可导入到摄影测量软件中，然后与摄影测量数据库结合，进行下一步处理（加入补充数据和高分辨率纹理）。

2）摄影测量法：3D捕捉的重点放在拍摄重叠且锐利简洁的图像上。摄影测量法不仅是拍摄目标，也要捕捉到目标的特征，这些特征对于后期的校准有很大帮助。

工作人员在处理摄影测量数据时使用了3D扫描自动建模软件RealityCapture（RC），好处是处理时间短，效果出色。RC可以将激光扫描数据和摄影测量数据结合，是提高后期效率的关键。在RC中进行初次校准后，工作人员接着会选择进行继续处理的扫描数据/图像，用于建模或渲染纹理。

在完成表面重建后（划分网格），3D模型的多边形数量可能会达到百万级，这样大量的数据对于线上预览并不友好，因此需要进一步优化。优化的过程可以在RC中完成，也可以结合额外的软件包。

工作人员发现，3D船只模型的外壁比较薄，再加上黑色或反光表面的问题，在优化过程中可能会产生不完整网格。因此，他们在RC基础上，还结合3ds Max、Instant Meshes和Meshlab多种方式进行优化。

接下来，在多边形数量降低后，3D模型可能还需要一些细微修改，才能进行纹理渲染。在这一步骤中，RC可以让你将高分辨率的图像映射到低多边形模型上进行修改，十分方便。

如何在线上发布？

在完成3D建模后，就是最重要的最后一步：发布到网上。苏格兰海事博物馆的工作人员选择用Sketchfab平台进行发布，他们表示：这个平台的界面和用户社区足够友好，将有助于我们对苏格兰海事文化的推广。

在Sketchfab上，不仅可以展示3D模型，也可以在模型上加入文字、语音和图像标记，以互动的形式帮助观众了解古董船只背后的故事。

目前，苏格兰海事博物馆在已经发布了世界上仅存的苏格兰造蒸汽船之一：Spartan，还有一些其他船上的装饰品、零件等文物（接下来还将陆续推出）。在Sketchfab上，你可以不仅可以360°查看整个模型，还可以进入船的内部，图像的亮度、色彩和分辨率都足够好。

如此一来，你无须旅行到苏格兰，即使在遥远的中国，坐在家里也能近距离体验这家博物馆珍藏的古董船，了解其背后的故事和历史。据悉，已经有越来越多的人开始创作、浏览或交易3D内容，目前Sketchfab的用户人数已经突破300万。

未来，苏格兰海事博物馆计划将这种交互式3D数字模型与线下博物馆结合，让现场的游客也能体验。甚至，还可能探索用AR和动画去展示造船的过程，总之用数字方式来提升博物馆体验的潜力很大，应用场景也足够多样。参考：Sketchfab