項(xiàng)目介紹
青蓮寺，位于山西省晉城市區(qū)東南17公里處的寺南莊北側(cè)硤石山中新青蓮寺，下臨丹河，背依高山而建，因寺內(nèi)的釋迦牟尼端坐于蓮花座之上，故名青蓮寺。青蓮寺與中國(guó)古代"面山背水"的風(fēng)水建筑觀念十分吻合，整個(gè)寺院雄峻秀奇，別具風(fēng)格，所臨山崖的肢內(nèi)的一池清水經(jīng)年不涸不溢，是國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位。
寺內(nèi)羅漢堂內(nèi)有十八羅漢雕像，造型優(yōu)美，藝術(shù)價(jià)值極高，但年代久遠(yuǎn)，雕像已經(jīng)有所殘缺，亟待文物修復(fù)和雕像數(shù)字化還原。
圖1青蓮寺羅漢堂雕像
一、采集設(shè)備
2.1三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
根據(jù)文物項(xiàng)目的不同，以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件限制等原因，需要使用不同的掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以滿足項(xiàng)目需求
（1）高精度掃描儀
該掃描儀采用不同的測(cè)距原理，將掃描精度提高至亞毫米級(jí)，甚至微米級(jí)別，數(shù)據(jù)采集精度非常高，多用于佛像、瓷器、陶器、石器、繪畫等對(duì)精度要求比較高的文物。
西安新拓三維光測(cè)科技有限公司自主研制的XTOM三維光學(xué)面掃描系統(tǒng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，采用國(guó)際最先進(jìn)的外差式多頻相移三維光學(xué)測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物體表面三維數(shù)據(jù)的快速掃描采集。單幅測(cè)量幅面大?。◤?0毫米到1米）、測(cè)量精度、測(cè)量速度等性能都達(dá)到國(guó)際最先進(jìn)水平，與傳統(tǒng)的格雷碼加相移方法相比，測(cè)量精度更高，單次測(cè)量幅面更大、抗干擾能力強(qiáng)、受被測(cè)工件表面明暗影響小，而且能夠測(cè)量表面劇烈變化的工件，可以掃描測(cè)量幾毫米到幾十米的工件和物體。廣泛適用于各種需求三維數(shù)據(jù)的行業(yè)，如汽車工業(yè)、飛機(jī)工業(yè)、摩托車外殼及內(nèi)飾、家電、雕塑等。
圖2XTOM三維光學(xué)面掃描系統(tǒng)
（2）大視場(chǎng)激光掃描儀
掃描儀需要架設(shè)固定站進(jìn)行掃描，根據(jù)廠家品牌型號(hào)的不同，掃描距離一般在幾十米至一百米之間，在測(cè)量距離10米處，精度可以達(dá)到mm(毫米)級(jí)別。
儀器特點(diǎn)：掃描范圍廣，主動(dòng)測(cè)量，不受光源因素影響，多用于古建街區(qū)、洞窟、遺址現(xiàn)場(chǎng)發(fā)掘等大場(chǎng)景類型的數(shù)據(jù)采集，和后期場(chǎng)景重建。
圖3大視場(chǎng)激光掃描儀
（3）手持掃描儀
這種掃描儀是為需要快速、準(zhǔn)確以及紋理掃描的客戶量身定做的。Eva不需要對(duì)物體進(jìn)行標(biāo)記或校準(zhǔn)。她可以迅速地用高分辨率捕獲物體外形，并可以真實(shí)還原物體鮮艷的色彩。適用于小型物體的掃描以及在測(cè)量空間受限的情況進(jìn)行的手工掃描。
圖4手持掃描儀
2.2三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
文物紋理信息在文物復(fù)原保護(hù)、展示等方面具有重要的作用，在復(fù)雜光場(chǎng)環(huán)境下采集完成完整、真實(shí)的紋理信息。紋理數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量主要取決于兩個(gè)方面：一是相機(jī)及鏡頭的分辨率；二是專業(yè)的燈光設(shè)備及布光方案。采用專業(yè)相機(jī)及鏡頭組合，可以獲取分辨率及色彩還原度更高的影像數(shù)據(jù)。專業(yè)的燈光設(shè)備及布光方案，則可滿足在洞窟、寺廟、遺址等場(chǎng)景光源雜駁、過(guò)暗、偏色問題嚴(yán)重的特殊環(huán)境下，模擬出穩(wěn)定的太陽(yáng)光照環(huán)境，有效解決采集光源不真實(shí)問題。
圖5專業(yè)燈光設(shè)備
二、方案分類
洞窟遺址等類型文物體積較大，不能或者不宜整體移動(dòng)，通常位于山腹中，地理環(huán)境較為復(fù)雜，尤其是現(xiàn)場(chǎng)光照明暗不一致，甚至有些洞窟完全處在黑暗中，很多場(chǎng)景光源信息極難獲取，極大的阻礙了真實(shí)紋理數(shù)據(jù)的獲取。對(duì)于這種情況，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境架設(shè)燈光系統(tǒng)。在對(duì)洞窟、彩色佛像等進(jìn)行光場(chǎng)布設(shè)時(shí)，使用普通光源因熱輻射等問題會(huì)對(duì)洞窟、佛像等紋理顏色造成損害，故需要布置冷光源以減少對(duì)文物的不良影響。
正式開始掃描工作之前，在窟內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)，認(rèn)真分析洞窟地形、造像分布特點(diǎn)，根據(jù)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的情況，合理設(shè)置掃描站點(diǎn)，對(duì)主佛、菩薩等主體造像著重考慮，盡量的避免掃描盲區(qū)的出現(xiàn)，重點(diǎn)保證重要的掃描對(duì)象不會(huì)在盲區(qū)中出現(xiàn)。其次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及佛像的位置，合理使用掃碼設(shè)備。
1.對(duì)于羅漢堂場(chǎng)景的還原，使用大視場(chǎng)激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2.對(duì)于佛像的正面和側(cè)面，測(cè)量空間較為寬敞，適合使用XTOM三維光學(xué)面掃描系統(tǒng)對(duì)佛像進(jìn)行高精度的掃描。
圖6數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)
3.對(duì)于佛像的后背位置，由于空間較為狹小，因此使用手持式掃描儀進(jìn)行人工數(shù)據(jù)獲取。
圖7佛像后背空間狹小
4.最終將三種設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體拼接，形成完整的掃描數(shù)據(jù)。
紋理拍攝是在依據(jù)燈光系統(tǒng)進(jìn)行的，通過(guò)各種燈光設(shè)備，在光源強(qiáng)度、拍攝角度等多方面都適合的情況下，對(duì)各尊佛像、菩薩等主體造像進(jìn)行多角度的紋理采集，確保數(shù)據(jù)采集的完整性。
二、成果展示
對(duì)于保存較為完好的佛像，可以直接獲得高精度的數(shù)據(jù)模型；對(duì)于較為殘缺的佛像，參照歷史文獻(xiàn)資料，結(jié)合朝代服飾風(fēng)格，對(duì)模型進(jìn)行修復(fù)，得到復(fù)原后的數(shù)據(jù)模型。
圖8完整的佛像掃描
圖9殘缺佛像
圖10修復(fù)后的佛像