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中國科學家用機器人給兵馬俑畫像

2022年07月07日08:24 | 來源:新華社
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  新華社西安電(記者孫正好、蔡馨逸)旋轉環繞180度,一鍵式自動掃描,數分鐘后,一尊兵馬俑的形狀與紋理數據採集、合成就已完成。在位於古都西安市的西北大學,機器人正替代人工手持掃描,對珍貴文物進行畫像並留存。

  這種機器人學名為文物外觀快速採集建模裝置,是中國科學家利用機器視覺、機械臂等技術,花費1年時間研發而成。研發者是西北大學教師許陽,其博士畢業於北京航空航天大學儀器光電學院,從事過火箭、飛機的視覺測量技術研究。他將常用於航空航天制造領域的機械臂技術引入文物保護工作。

  “機械臂最主要的作用是替代人工進行數據採集。我們使用的機械臂長度達到1.5米,能使文物的數字化採集具備自動化和人工干預少的顯著優勢。”許陽說。

  他介紹,這款機器人的“眼睛”由結構光三維掃描儀與高分辨率彩色相機構成,名為文物外觀數據採集模塊。它的機械臂則類似於軀體,大直徑旋轉平台形同雙腳。採集過程中,承載了文物外觀數據採集模塊的機械臂,布置在旋轉平台兩側,通過各自環繞文物旋轉180度,實現文物外觀數據的完整採集。

  “通過條紋投射器向文物表面投射結構光,並借助兩台工業相機拍攝的結構光圖像,對結構光進行解碼。配合機械臂的運動還有轉台的旋轉,最后完成對文物表面三維形貌的完整採集。”許陽說。

  相比人工手持掃描,機器人採集方式避免了對文物造成干擾甚至損傷。“採集過程中,文物被放置在旋轉平台中央的非旋轉區域,始終保持靜止狀態。機械臂承載的採集模塊隔空進行拍攝,最大限度地減少了對文物的干擾、破壞。”

  這種數字化採集方式顯著提升了採集效率。“以一尊兵馬俑為例,如果用人工方式測量、拍照,可能需要半天時間。”許陽說,“用我們研發的文物外觀快速採集建模裝置,按一個自動掃描鍵,耗時約5分鐘就能自動完成整個掃描步驟,再通過按一個自動處理按鈕,計算出文物表面的三維數據。全程10分鐘不到,實現了文物形狀與紋理數據的自動採集與合成。”

  此外,測量精度的提高也是該項技術的顯著優勢。“我們的採樣密度非常高,點雲的點距最小可達0.1毫米。紋理信息的採集分辨率會更高一些,能做到0.05毫米。最終生成一張帶有紋理圖像的文物三維模型。在虛擬環境中,我們可以對它開展虛擬修復。”許陽說。

  目前,這種數字化採集方式將逐步在中國國家博物館等機構投入使用。“這將顯著提高我們館藏文物數字化的效率。我們打算研發不同的系列,比如針對小尺寸或大尺寸文物的不同採集設備,實現更高效的採集。”許陽說。

(責編:王震、陳鍵)

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