兩只靈活的“手臂”，兩只敏銳的“眼睛”，快速拍下文物的影像并建模，對(duì)珍貴文物進(jìn)行畫像并留存，把原本需要半天才能完成的工作縮短到10分鐘，這個(gè)“能干”的機(jī)器人就是西北大學(xué)科學(xué)家們研發(fā)的文物外觀快速采集建模裝置。

機(jī)器人用于文物外觀采集

6月29日，華商報(bào)記者來到西北大學(xué)文化遺產(chǎn)數(shù)字化國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，見到了這個(gè)機(jī)器人。它的學(xué)名是文物外觀快速采集建模裝置，是西北大學(xué)的科學(xué)家利用機(jī)器視覺與機(jī)械臂等技術(shù)，花費(fèi)一年時(shí)間研發(fā)而成的。

記者眼前的文物外觀快速采集建模裝置，底座是一個(gè)圓盤，圓盤兩側(cè)分別有兩個(gè)機(jī)械臂，機(jī)械臂頂端各有一臺(tái)相機(jī)。圓盤上，放置著一個(gè)“兵馬俑模特”，隨著機(jī)器人啟動(dòng)運(yùn)行，機(jī)械臂擺動(dòng)，相機(jī)實(shí)時(shí)拍照采集信息，電腦終端很快就構(gòu)建起栩栩如生的兵馬俑形象。

西北大學(xué)青年教師許陽是這個(gè)裝置的研發(fā)者之一，他向華商報(bào)記者介紹說：“機(jī)械臂最主要的作用是替代人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。我們使用的機(jī)械臂長(zhǎng)度達(dá)到1.5米，能使文物的數(shù)字化采集具備自動(dòng)化和人工干預(yù)少的顯著優(yōu)勢(shì)?！?/p>

大大縮短文物數(shù)據(jù)采集時(shí)間

據(jù)許陽老師介紹，這款機(jī)器人的“眼睛”由結(jié)構(gòu)光三維掃描儀與高分辨率彩色相機(jī)構(gòu)成，名為文物外觀數(shù)據(jù)采集模塊。它的機(jī)械臂則類似于軀體，大直徑旋轉(zhuǎn)平臺(tái)形同雙腳。采集過程中，承載了文物外觀數(shù)據(jù)采集模塊的機(jī)械臂，布置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)兩側(cè)，通過各自環(huán)繞文物旋轉(zhuǎn)180度，實(shí)現(xiàn)文物外觀數(shù)據(jù)的完整采集。

“這種數(shù)字化采集方式顯著提升了采集效率。以一尊兵馬俑為例，如果用人工方式測(cè)量、拍照，可能需要半天時(shí)間。用我們研發(fā)的文物外觀快速采集建模裝置，按一個(gè)自動(dòng)掃描鍵，耗時(shí)約5分鐘就能自動(dòng)完成整個(gè)掃描步驟，再通過按一個(gè)自動(dòng)處理按鈕，計(jì)算出文物表面的三維數(shù)據(jù)。全程10分鐘不到，實(shí)現(xiàn)了文物形狀與紋理數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與合成?！痹S陽說到。

此外，測(cè)量精度的提高也是該項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)，“我們的采樣密度非常高，點(diǎn)云的點(diǎn)距最小可達(dá)0.1毫米。紋理信息的采集分辨率會(huì)更高一些，能做到0.05毫米。最終生成一個(gè)帶有紋理圖像的文物三維模型。在虛擬環(huán)境中，我們可以對(duì)它開展虛擬修復(fù)。”

新技術(shù)將逐步在中國(guó)國(guó)家博物館等機(jī)構(gòu)投入使用

西北大學(xué)文化遺產(chǎn)數(shù)字化國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心主任耿國(guó)華教授介紹說，相比人工手持掃描，機(jī)器人采集方式避免了對(duì)文物造成干擾甚至損傷，而且大大提升了采集速度。目前，這種數(shù)字化采集方式將逐步在中國(guó)國(guó)家博物館等機(jī)構(gòu)投入使用?！斑@將顯著提高我們館藏文物數(shù)字化的效率。我們正在研發(fā)不同的系列，比如針對(duì)小尺寸或大尺寸文物的不同采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更高效的采集建模?！?/p>

“這已經(jīng)是我們研發(fā)的第三代產(chǎn)品了。”周明全教授介紹到，團(tuán)隊(duì)成員將繼續(xù)努力，研發(fā)第四、第五代產(chǎn)品，爭(zhēng)取徹底解決文物數(shù)字化問題。

華商報(bào)記者 毛蜜娜 攝影 強(qiáng)軍