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数字测量技术和3D打印用于创建古代玛雅卫城模型



数字测量技术和3D打印用于创建古代玛雅卫城模型

       中国3D打印网8月17日讯,La Blanca位于危地马拉北部Petén省,靠近Salsipuedes河,是古老的玛雅人定居点,其主要考古重点之一是雅典卫城,它是古典时代后期(公元前)为城市统治者而建的住宅。它由三座建筑物组成,其中两座是茅草屋顶,另一座是土层,由一个大楼梯直达平台。多年来,人们对定居点的研究一直很频繁,这就是为什么在2010年在La Blanca Project框架中在那里建立游客中心的原因。游客在那里可以看见,而当地人是参加文化遗产讲习班和查看教育资料的好地方。



  雅典卫城的东南地区



      然而,它缺少的一件事是雅典卫城的规模复制品,用作传播玛雅建筑遗产的工具。在使用数字调查技术之前,这本来很难实现,但是3D打印技术正在改变我们记录和保护文化遗产遗址的方式。来自瓦伦西亚政治大学(UPV)的三位研究人员在拉布朗卡发表了有关为此目的使用3D打印的案例研究,以及该团队如何能够使用数字调查技术记录该复杂建筑“以获取高保真模型”卫城的建筑物。”目的是使用Acropolis模型改善访客中心展厅的内容,对“用于获取基于Acropolis现实模型的所有程序进行深入研究,并提出可在类似情况下使用的工作流程案例,并测试这些资源以传播玛雅历史。
      该项目实际上是从2012年开始使用Faro Focus3D S120扫描仪开始的,该扫描仪是一种快速但紧凑的地面激光扫描仪(TLS),可以提供有效的3D测量。在2012年至2015年期间,在雅典卫城的不同地区进行了三场数字调查,共进行了118次扫描。



采集参数和最终点云模型



       研究人员说:“获得了这些扫描后,我们在实验室中进行了点云注册,并获得了基于现实的雅典卫城的点云模型。” “此模型显示出很高的几何精度,对于提取2D经典工程图和获得3D多边形网格模型很有用。”重要的是要创建一种用于雅典卫城反向建模的方法,该方法应从激光扫描数据开始。“通常,可以从直接建模的传统3D模型(例如我们正在设计的建筑物模型)开始,或者从已经获得的基于现实的3D模型开始打印3D对象。通过激光扫描或数字摄影测量获得的真实数据。”他们解释说。逆向建模软件可以根据点云模型创建3D多边形网格,但是通常需要对第一个网格进行优化,以实现具有足够高品质的模型以进行3D打印。优化和构建Acropolis的3D网格模型非常困难,因为早期的扫描中存在大量冗余数据,并且墙壁的最高部分缺少数据,因为“茅草屋顶系统造成了遮挡区域”,但他们设法做到了。“首先,将雅典卫城的3D点模型分为9部分导出为.ptx格式。然后,将模型的每个部分都以1/4的缩减率导入到3D系统Rapidform软件中。在同一个软件中,我们分别构建了9个不同的高多边形网格。 由于在不同田间季节采集的数据的冗余度较高或较低,单个9个网格的异质结构是一个额外的问题。”




雅典卫城的基于现实的网格。



他们完成了这九个多边形的“全局重新网格化”,以减少最终模型中多边形的数量,并使边缘的平均大小及其数量和分布均匀化。然后分别处理每个网格以填充边界并消除拓扑错误,例如重叠或多余的多边形。合并所有网格后,团队便拥有了雅典卫城的中等多边形模型。 他们仍然需要将3D模型与这些过程集成在一起,并转向反向建模和其他软件工具来完成它。他们完成了模型边界的手动重新拓扑,从而获得了简化的轮廓。然后将它们用作“直接建模雅典卫城缺失部分的参考。”然后,他们必须使用Luxology Modo和3D System Rapidform将两个网格的结构均化,然后将这些网格合并为一个模型。




 模型的整合。 4a:边界的拓扑; 4b:直接建模; 4c:结果网格; 4d:平滑网格。



       Maxon Cinema 4D的雕刻工具用于改善模型的均质性,“还有助于强调模型中基于现实的部分与未被激光扫描仪检测到的直接建模表面之间的差异。”最终,借助几何建模工具将地形网格物体集成在一起,“ 3,6雅典卫城的3D模型”(由在整个网格物体上具有均匀结构的6,043,072个多边形组成)准备进行3D打印。团队确实注意到原始高多边形网格之一和最终模型之间的网格略有偏差,但是他们使用的FDM 3D打印机可以处理它。



最终的雅典卫城模型。


   

   该团队进行了一些具有不同配置和比例的打印测试,以便在从PLA打印整个模型之前选择合适的设置,与虚拟3D模型相比,其结果非常准确。“雅典卫城的缺失部分未被激光扫描仪检测到,然后进行了手动重建,似乎完美地集成到了模型的3D打印版本中,同时还展示了它们与基于模型的现实部分的多样性。研究人员写道。“通过对这些测试的分析,我们得出结论,雅典卫城的代表性令人满意。”上一个以1:100的比例尺和0.3毫米的精度进行的测试提供了最佳保真度,因此该团队使用这些参数打印了Acropolis模型。它的打印尺寸分为17个不同的部分,模型运送到La Blanca。它在这里重新组装,位于拉布朗卡游客中心展厅的中间,由透明塑料圆顶保护,所有人都可以欣赏。


 

 雅典卫城的最终3D打印模型。



中国3D打印网点评:如今,这座雅典卫城的实物复制品是重要的资源,它使游客能够完整了解该遗址的主要建筑群,而在危地马拉的丛林中这并不容易。它还提供了雅典卫城某些部分的独家视图,研究人员已经对其进行了研究,现在通过土壤层进行保护以确保对其进行保存。此外,它是支持传播的有用资源,也是学生访问重要的教学资源。

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