如何用3D技術“複現”遺址？
3D在考古中的運用流程圖
近年來，數字化的高維模組化越來越多的運用在考古、建築以及曆史可視化中，成為一個強大的工具集，高分辨率的3D模組化軟體的快速發展讓研究者們有可能創造出高保真度的模型，這是以前的多面模組化軟體無法實作的。
直至目前，大多數應用三維掃描與模組化的行業依然集中在影視後期制作、遊戲、娛樂和設計業。在考古與遺産保護的領域，三維掃描與數字模組化都有被用到，但很少有結合。
在這份2016年的研究報告中，來自英國哈德斯菲爾德大學的研究員Ertu Unver博士和Caterina Benincasa-Sharman和來自奧得海姆大學的Fitzpatrick Frank，運用了三維掃描和模組化重構的方法，對位于英國的約翰·内維爾爵士、巴倫·拉比三世男爵的墓進行了考察與部分重建，與曆史學家、考古學家一起工作，補救與存檔一些即将消失的遠古雕塑。
01
資料采集與初步處理
進入到墓中，研究團隊用三維掃描器對物體的表面進行了一系列的掃描，以點雲的形式存檔。在古墓中，采集的角度受到了一定的限制，但當采集到足夠多的資料時，也可以嘗試開始進行數字重拓。
将采集到的資料導入Geomagic Studio，将點雲形式的文檔轉化為可以編輯的三維多邊形、曲面和CAD模型資料。雖然資料不夠完整，但由于墓穴中的紋飾有非常多的重複元素，通過在三維軟體中計算紋飾的相對位置，即可以在軟體中合成整體紋飾。
■ 用于掃描約翰·内維爾爵士墓表面拓撲結構的美能達3D掃描器。
02
造型和雕刻
與傳統的多邊形模組化技術相比，數字粘土模組化/雕刻（digital clay modelling，例如ZBrush）引入了模糊性、不精确性和可塑性，适合習慣于觸覺感覺和直覺标記的設計師使用，通過鋼筆工具來刻畫物體表面的紋飾。
三維掃描提供的資料為古迹的可視化和遺産重建提供了一個起點，數字雕刻工具的軟體包括Mudbox、ZBrush、 Blender、Silo、3D-Coat和Modo，他們當中的一些在數字娛樂業中有非常好的運用，因為它們的筆刷可以輕松地制作數百萬個多邊面，制作精緻的高細節網格模型。
Geomagic掃描的資料根據圖像進行測試
03
基礎模組化
由于墓底和墓上雕塑有不同的構造和性質，是以在擷取表面資料時也應用了不同的方法。團隊試驗了兩種方法，保形重拓（conform/re-topology）和基礎網格，由于掃描資料多邊形的密度非常高，兩種處理資料的方法都得出了不完美的結果，最終都不可行。
右側兩個模型都為失敗品
■ 墓基的其他元素被制作出來，包括增加了階梯部分、下層基座和先前制作的墓頂。
04
墓上雕塑的典型化——尋找曆史先例
由于沒有足夠的文獻可以展現約翰·納維爾爵士的肖像，團隊進行了進一步的研究，尋找一些線索。保羅·賓斯基（Paul Binsky）的《中世紀的死亡、儀式和表征》（Medieval Death, Ritual and Representation）提供解決這個問題的答案——他發現了這一時期的典型化問題，即這一時期絕大多數的墓葬肖像代表了一種标準化的理想，而不是實際的肖像。
■ 約翰·内維爾爵士墓是一個文化破壞的案例，在幾百年的地區社會和宗教動蕩中，它逐漸被破壞。
是以，在這種情況下，從事可視化的人可以在一定程度上猜測雕塑肖像可能呈現的形象。下圖展示了這種典型化的一些例子，圖中的人物都是男性的臉，睜着眼睛，胡須通常搭在雕刻的頭盔的外面。除了造型之外，團隊還對雕塑的用色進行了研究。
■ 墓上雕像的典型化現象。從左到右分别為威爾士王子愛德華，亞曆山大·德莫布裡和約翰·博尚。
05
彩色塗料的應用
在内維爾的墓中，有明顯的證據證明雕像是彩色的，但很難判别這些色彩是在建造時就被設計好的，還是在曆史上被添加或者修飾的。
在大教堂内，有一些色彩應用的例子，可以更好地呈現其曆史上早期可能存在的應用水準。與約翰爵士同時代的哈特菲爾德主教的墓位有許多原始的色彩運用。
■ 達勒姆大教堂哈特菲爾德主教的墓位。
06
攝影測量測試
由于約翰爵士的雕像破損嚴重，團隊需要尋找一具與其同時期的雕像作為參考。運用Autodesk 123D Catch攝影測量軟體，隻需要拍攝數位照片，對齊之後就可以生成點雲。
團隊通過研究查爾斯·阿爾弗雷德·斯托薩德（Charles Alfred Stothard，1786-1821）的墓葬雕像圖錄，認為休·卡爾維利爵士的肖像是現存最完整的幕上雕刻。團隊申請到了攝影許可，并最終用180多張照片生成了他的三維模型，在3Ds Max中建立了和内維爾爵士的肖像一樣的基礎網格。
■ 在3Ds Max中将掃描的資料組合起來。
07
造型和雕塑人像
休·卡爾維利爵士墓的資料在導入到3Ds Max中時，紋理細節被删除，并初步嘗試使用保形法（conform）。删除細節的模型也是足夠夠用的，因為當使用更加複雜的拓撲結構時，模型就會産生一些問題。這一步的目的是建立一個幹淨、完整的基礎網格構造。
■ 紅色部分為出錯的地方。
■ 對出錯地方進行低維的拓撲，重新修整的校正網格。
■ 完整的雕像模型。
08
用Mudbox進行數字雕刻
用Mudbox為雕像添加更多細節，并且用Adobe PS和AI制作紋樣的模版，導入到Mudbox中。這些紋飾分别為頭盔、腰帶、獅子的細節以及盔甲基座和頭盔的裝飾邊。
■ 導入到Mudbox中的模型
■ PS/AI制作的紋樣細節
■ 紋樣套用至模型中
■ 完整的約翰·内維爾爵士墓的模型
09
3D列印模型
3D列印創造的小型原型，可以用于遺産的衍生品銷售或制作完整的複制品。
10
上色與添加材質
■ 在Mudbox中測試自定義材質、紋理、漫反射和鏡面漆層的細節。
■ 完成！
傳統的保護可能會直接影響到原文物，并且會産生大量的時間和物質成本。而這種數字雕塑方法的主要優勢，是它最終的輸出，無論是渲染、動畫還是3D列印模型，每一步都可以在進行的過程中進行探讨，并可以通過數字創意者、曆史學家或遺産機構的介入進行修改和優化。
數字雕塑的應用主要還是用于生成比較有機的模型，它的特殊性質适合表現人類和自然的形态。這嘗試旨在證明，三維掃描和數字模組化在考古和藝術品修複領域，同樣也是一種可行的替代方法，并且表現出了極大的潛力
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作者：曾經有一隻豬
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出處： bilibili