Artec Eva参与大英博物馆谷歌玛雅项目,保护古玛雅文化遗产

作者:Matthew McMillion

概要:大英博物馆不打算采用传统摄影测量法,而打算采用一种快速灵活的方式为谷歌玛雅项目捕获400多件古玛雅铸件,最后他们选择了Artec Eva这款高分辨率彩色3D扫描仪

目标:二人团队需在拥挤的仓库中,为数百件大中型玛雅雕刻件进行3D扫描,并制作成逼真的3D模型,用于遗产保护、科研和教育领域。

使用工具:Artec Eva, Artec Studio

16世纪,西班牙主教Diego de Landa要求他在尤卡坦州的信徒烧毁所有找到的玛雅书籍和图像,并称之为“恶魔的谎言”,接下来几小时,几个世纪的玛雅哲学和文化被付之一炬。只有四本玛雅书籍幸存下来。不过就在几百英里外,躺着满是金字塔、石碑等建筑的废弃玛雅城,上面刻着玛雅文字,也叫象形文字。仅在最近几十年,才有一些学者开始理解玛雅人在石头、木材、骨头、玉器、贝壳上费力刻下的90%的文字。

今天和1881年的Quirigua Zoomorph P

这些象形文字诉说着出生、死亡、婚姻、战争、占领和统治的故事。它们是几百万现代玛雅人乃至整个世界的无价文化遗产,但每一年,由于几百甚至几千英里外的酸雨侵蚀,越来越多的文字变得难以辨认。墨西哥国立自治大学大气研究中心生物学家Pablo Sanchez博士表示,“石碑和石柱上的雕刻文可能会在100年内消失。”文化遗产保护专家一直都在寻找解决方案,但至今未果。

同时,大英博物馆与谷歌艺术与文化项目开启项目合作,来保护玛雅人和世界的文化遗产,甚至希望能修复其中一部分。为此,他们决定结合19世纪探险家外交官Alfred Maudslay的成果,采用最新3D扫描科技来实现。这位探险家带着热情高涨的团队和四吨石膏,横跨大西洋抵达玛雅。他们使用当时最先进的科技,干片、石膏、混凝纸浆模具,以及笔记本,为世人和子孙后代记录并保护玛雅的艺术建筑。

Quirigua Stela E,约为1880年代

回到英格兰后,所有物品都送到了南肯辛顿博物馆(今天的维多利亚和阿尔伯特博物馆),在那里,所有模具都做成了精准的铸件,封存了几十件最重要的玛雅石碑,以及象形文字和图像,就像1880年代被发现时一样,还未受到酸雨侵蚀。

谈及Maudslay及其团队所做工作多么复杂时,考古学家、大英博物馆馆长Claudia Zehrt解释道,“一块普通的石碑需要600-1000块石膏板,才能拼接成最终运回英格兰的模具。这些都是石碑的“负压”模具,在石膏或纸浆中记录石碑特征。回到英格兰后,我们现在所看到的“正压”铸件就是用这些负压模具制作而成。它们正是原始石碑的精确复刻,非常适合进行历史学研究。”

谷歌玛雅项目的基本要求就是要制作非常逼真、能还原真实历史的铸件3D模型。Zehrt十分了解摄影测量法,这是考古学界十分常见的数字捕获方式,但她很快就发现采用这种方式捕获Maudslay铸件困难重重。她表示,“我们有几百件体积和质量庞大的石膏铸件,放在离地面2英寸的架子上。这些铸件大小不一,从3 x 3.5英尺到8 x 9英尺不等,甚至更大。通常要几个人才能搬动,还易碎。间隔距离也不过11到15英寸。这些都否定了摄影测量法,因为我们没有足够的空间可以从各个角度完成任务。即便可以,考虑到前期准备和后期处理很费时,如果不是Artec Eva,我们可能要花两倍的时间。

大英博物馆馆长Claudia Zehrt用Artec Eva为Quirigua Zoomorph P铸件进行3D扫描

谷歌提供Artec Eva,这款手持式专业3D扫描仪专为快速捕获中型物体设计,呈现高分辨率彩色3D效果,对Zehrt而言是个新鲜事物。即便如此,她还是可以很快上手。最初,博物馆不认为Eva可以在如此局促的空间里捕获铸件,但Zehrt没有轻易放弃。“哪怕是最拥挤最尴尬的位置,Eva依然可以正常工作。有时我需要把Eva放在单脚架,或架高,有时太挤了都不能跪下,只能四肢扭曲,Eva还是完美捕获了铸件的各个表面,包括就算在理想状态下也很难捕获的铸件深切面。

大英博物馆馆长Claudia Zehrt使用Artec Eva 3D扫描玛雅铸件

她详细解释了扫描流程,“每个铸件平均花费10分钟。小铸件扫描更快,一些大铸件可能需要20分钟或者更久。时长也取决于雕刻口的纵深和宽度,因为越深越窄,扫描仪就很难捕获一些难以触及的部位。如果铸件间隔大些,整个过程会更快更方便。11-15英寸的距离肯定会让速度放缓。如果铸件可以轻易挪动,没有任何遮挡,那扫描时间完全可以减半。”

Zehrt继续描述了她在Artec Studio中的扫描处理过程,“通常我第一步会使用全局配准来对齐所有铸件扫描,然后运行尖锐融合,如果偶尔遇到孔洞,我会用孔洞修复功能来填补。我减少了三角形数量,在保证效果的前提下,使最终导出的纹理3D模型不超过100 MB。之后以OBJ文件导出。从时间角度来看,我只要用10-15分钟,Artec Studio就能搞定剩下的部分,我可以解脱去干别的事。Artec Studio把苦活累活都帮你干了。

Artec Studio中Quirigua Zoomorph P铸件的Artec Eva扫描

谷歌玛雅项目的第一阶段需要为Quirigua Stela E铸件(共包含31块独立铸件,22英尺高)制作3D模型,这款铸件非常精致,栩栩如生,具有较高的教育意义,也适合玛雅专家进行细致的图像研究。这一步骤能很好地体现Eva 3D扫描和Artec Studio数据处理对Zehrt二人团队而言是一项快速高效的解决方案,能为400多件铸件完成高分辨率的彩色3D捕获。

Quirigua Stela E部分铸件,玛雅统治者Kawak Sky(Kʼakʼ Tiliw Chan Yopaat)人像

下方视频中Stela E作为VR对象,由玛雅碑铭研究教授Christophe Helmke进行研究,项目效果不言而喻:

Zehrt分享了一些Stela E的细节:“我们了解到这块石碑来自公元771年,描绘的是玛雅Quirigua国王Kʼakʼ Tiliw Chan Yopaat(Kawak Sky),他抓捕并斩首了另一位玛雅国王,也是大城市科潘的统治者Waxaklajun Ub’aah K’awiil(Eighteen Rabbit),而Kawak Sky正是依靠Eighteen Rabbit在早前登上了王位。石碑文字中有一把石斧,表示砍头,在石碑前部还有身着盛服、头戴发饰、珠宝的国王(Kawak Sky)在庆祝胜利。这对他和他的臣民而言是件大事,因为这表示他们摆脱了科潘的统治,获得自由。而且,这块石碑很有趣。原始石碑重达65吨,超过两层楼高。”

帕伦克象形文字阶梯,约为1891年

项目第二阶段主要是为帕伦克象形文字阶梯制作精确的CNC复制品,与真品一起展出。这些阶梯可追溯到公元7世纪,1891年Maudslay用石膏制作铸件后,它们受到了严重破坏。阶梯相关的历史信息及翻译可在此查询。

阶梯铸件在3D扫描和数字重建的过程中遇到了难题,Zehrt解释道,“阶梯共有12块铸件,每一块都用Eva扫描,这一过程很快很顺利。但由于其中一块有损坏,导致部分细节遗失,我们需要找到Maudslay有关这层台阶的原始图纸和照片,进行整体重建。最后我们还是做到了。”

Artec Studio软件中帕伦克象形文字阶梯的扫描

当时,Zehrt找到Artec大使Central Scanning,寻求帮助来制作阶梯3D模型,因为各台阶间的连接处需要进行无缝3D架桥。Central Scanning 专员都是3D扫描和3D数据处理专家,在一天后,他们就在Artec Studio 14中数字整合了扫描,最终完成了可进行数控加工的一套3D模型,为方便运输,分为6块板。

Pangolin Editions制作的帕伦克象形文字阶梯实体模型

阶梯3D模型随后被送往英格兰林肯郡的Pangolin Editions,使用Ancaster石灰岩进行数控加工。这款中侏罗纪鲕粒岩状的石灰岩与玛雅人使用的材料非常接近。Pangolin Editions是英格兰格洛斯特以雕塑见长的铸造厂。他们特别选用了和真品略有差异的颜色,Zehrt表示,“遗迹保护人员希望大家能看出这是件复制品。人们可以走近甚至触摸它,用手指感受象形文字,亲自体验这块文化瑰宝。”

数控加工后,阶梯就被送往帕伦克,与真品一同展出。

未来,这些铸件的3D模型还将有可能成为全球玛雅文化专家和学者研究的对象,也可能应用于教育领域,比如为教室和博物馆提供“虚拟实地考察”。

用Claudia Zehrt的话来说,“3D扫描仪为全球无价文化遗产制作精美模型能有多大潜力,我们现在只见到了冰山一角。科研方面,3D扫描展现了自身优势,制作VR展品也提供了诸多可能,除此之外,还有很多重要意义。我们利用科技将这些财富还给大家,交还给那些创造了这笔财富的文化群体。如今,我们使用Artec Eva这样的手持式3D扫描仪,可以分分钟完成博物馆任何一件展品的数字捕获,哪怕在考古现场也没问题。”

Zehrt继续解释道,“Artec Studio中再花一点时间,把扫描加工成3D模型,就能发送到3D打印机,或者就像帕伦克象形文字阶梯一样,用石灰岩或其他天然材料、木材、石材等进行数控加工。也就是说,全球博物馆都有能力为展品制作逼真的复制品,让游客们触摸观察。这是之前无法实现的。”

通过谷歌艺术与文化,大英博物馆在此公布了Maudslay的整套照片、日志、图纸和铸件的3D扫描。

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