Применение 3D-сканирования для оцифровки традиционной узбекской одежды

Задача

Перед сотрудниками университета стояла задача отсканировать элементы костюма последнего эмира Бухары по имени Сеид Мир Мухаммед Алим-хан (1880-1944). Все предметы хранятся в Самаркандском музее-заповеднике. Для сканирования были выбраны:

• золотошвейный халат,
• салла — мужской тюрбан,
• махси и кауши — высокие и низкие туфли.

Все предметы были изготовлены в конце XIX века. Они отличались друг от друга размером и материалами: от плотного, богато расшитого золотой нитью халата до тюрбана из тонкой ткани.

Почему обратились к 3D-сканированию

Исторические костюмы более хрупкие, чем, например, архитектурные памятники, поэтому их сложнее сохранить и показать публике. Большую помощь в их консервации и популяризации оказывает бесконтактная и быстрая оцифровка с использованием 3D-технологий. С помощью 3D-сканирования можно создавать точные цифровые копии, которые легко хранить и распространять. Музеи и другие культурные организации уже активно пользуются этим.

Особенности 3D-сканирования тканей

1. Ткани часто имеют сложные текстуры, например, вышивку, паттерны или потертости. Поэтому для их оцифровки требуется сканер с высоким разрешением и точностью, а также, собственно, функцией передачи цвета и текстур.

2. Ткани — нестабильный материал, постоянно меняющий форму. Ткань может быть легко деформирована, скомкана или растянута неосторожными прикосновениями. Если одежда старинная, ее вообще лучше лишний раз не трогать, чтобы не повредить хрупкий материал. Поэтому лучше не рассчитывать на наклеивание маркеров, а подобрать сканер, которому не требуются метки.

3. Особую сложность представляют полупрозрачность и блеск. Решение снова заключается в выборе подходящего сканера.

4. Время доступа к старинной одежде для работы с нею, как правило, ограничено. К счастью, 3D-сканирование можно выполнить даже за несколько минут.

5. При некоторых методах оцифровки материал может нагреваться. Для ткани это критично. Однако сканирование со структурированный подсветкой — низкоэнергетический процесс, поэтому ткань не нагревается.

Оборудование и программное обеспечение

• Ручные сканеры со структурированной подсветкой Artec Eva. Точность сканирования — до 0,1 мм (100 микрон). Скорость — до 2 млн точек в секунду.

Artec Eva собирает информацию о цвете и текстуре объекта, которая хранится в файлах формата JPEG в виде растрового изображения. Это делает использование данных сканирования простым и удобным, позволяя быстро импортировать их в любой удобный 3D-формат.

• поворотный сканирующий стол с опорной поверхностью;
• программное обеспечение на месте Artec Studio 12 Professional;
• программное обеспечение для постобработки Blender v2.8, MeshLab v2020.04;
• цифровая камера Nikon D7200 для референсных фото, на которые можно опираться при цветокоррекции сканов;
• ноутбук (процессор i7, оперативная память 32 Gb, видеокарта GTX 980 8 Mb);

3D-сканирование

Музей не мог надолго закрыть выставочный зал для посетителей, однако, специалистам удалось завершить подготовительные работы и сканирование за отведенный срок. Время их пребывания в музее составило всего 1,5 часа.

Халат. Из-за большого размера сканирование проводилось на вертикальном манекене. Так удалось избежать переворачивания и других вмешательств в положение одежды (что важно для точности данных), а также минимизировать изгибы и ямки на поверхности материала. Сканирование халата происходило относительно быстро благодаря его большой и ровной поверхности.

Низкие туфли кауши. В связи с небольшими размерами объекта сканирование проводилось на поворотном столике. Можно было свободно поворачивать объект, чтобы сканировать невидимые части и возвращаться к ранее отсканированным фрагментам.

Высокие туфли махси сканировали на штативе из-за мягкости и высоты верхней части.

Результат

По итогу сканирования было получено 30 облаков точек общим объемом более 6 Гб. В ходе обработки этих данных были получены базовые модели сеток элементов костюма.

Цветовая информация о поверхности объекта, зафиксированная в частичных сканах, была перенесена в базовую модель сканируемого объекта с одновременной унификацией уровней яркости. Специалист скорректировал параметры целевых цветов для обеспечения верности исходным цветам, используя фотографии объектов.

Доступ к 3D-моделям

3D-модели деталей костюма бухарского эмира доступны на сайте Люблинского политехнического университета. Кроме того, упрощенная 3D-модель халата использовалась для виртуальной выставки.

Благодаря высокой точности сканируемых объектов, составляющей до 0,05 мм, созданные 3D-модели имели очень большой размер (от 20 Мб для кауши до 150 Мб для халата). Такие большие графические объекты идеально подходят для архивных целей, поскольку содержат много информации о площади поверхности сканируемых артефактов.