18 мая 2014

3D сканирование в археологии. Личный опыт, используемое оборудование и прочее

Работа с 3D-графикой
NextEngine картинкаЗдравствуйте. Я студент 4го курса Иркутского Государственного Технического Университета (ИрГТУ) кафедры Автоматизированных Систем.
Так как я очень давно увлекаюсь историей и археологией, а в 2012 году стал разбираться с самодельным 3D сканером, который случайно увидел директор технопарка ИрГТУ, благодаря ему я оказался в Лаборатории археологии, палеоэкологии и систем жизнедеятельности народов Северной Азии НИ ИрГТУ (далее по тексту «лаборатория»). И спустя пару месяцев после моего прихода в лабораторию, появился первый 3D сканер NextEngine, который привезли канадские археологи с университета города Альберты. Под катом результаты сканирований, описание других сканеров, полевой опыт использования оборудования и другое
Внимание! В спойлерах может быть много фотографий большого размера.
Все приводимые модели можно просматривать любым 3D редактором или программой MeshLab.

NextEngine



Собственно с NextEngine и началась работа по сканированию археологических материалов.
Комплектация и документация NextEngine







Технические характеристики NextEngine можно посмотреть тут.

Первый объект, который я сканировал на данном оборудовании был череп довольно плохой сохранности. С учётом того, что как такового понимания как сканировать объект не было и данной работой занимался в свободное от учёбы времени процесс сканирования занял около месяца.
Стоит отметить, что программное обеспечение, поставляемое совместно со сканером вылетало по непонятным причинам и результаты не сохранялись. В этом случае приходилось начинать работу с предыдущей сохранённой версии.

Фотографии процесса сканирования черепа на NextEngine






Так же данный сканер мы использовали во время раскопок на могильнике «Окошки» в Забайкальском крае, недалеко от города Краснокаменск.

Так как в поле нет специальных условий, скелет в могильной яме сканировали в ночное время суток, передвигая сканер над захоронением. Время сканирования составило около 2 часов. Так как сканер не содержит встроенной батареи, питание осуществлялось от бензогенератора.

Процесс сканирования скелета в ночное время










Так же для отработки процесса сканирования в полевых условиях был отсканирован кусок котла.

Процесс сканирования стенки котла






Примеры результатов сканирования:

Выводы:
  • Легкий, портативный, удобный в переноске
  • Дешёвый (3К $
  • Долгое время сканирования (3 минуты на одну сторону)
  • Программа активируется довольно-таки проблематично
  • ПО вылетает при непонятно каких условиях
  • ПО интуитивно понятно и обладает минимальным набором функций начальной обработки модели


В общем, на данный момент мы в лаборатории его практически не используем.

Breuckman smartSCAN


Данный сканер появился в лаборатории в сентябре 2012 года. В октябре поставщики провели двухдневное обучение по использованию данного аппарата. На мой взгляд аппарат один из лучших на рынке, но ужасно дорогой (комплект оборудования сканер, 3 набора объективов, поворотный стол, штатив, компьютер обошлись в несколько миллионов рублей).
Суть набора объективов в том, что в зависимости от размера объекта и выбранного объектива получается разная погрешность.
Мы, как правило, для сканирования нуклеусов, бляшек, украшений, кости небольшого размера и прочих мелких объектов используем объектив «125».
Для более крупных — черепа, челюсти, сосуды, кости оленей и прочее приходится использовать объектив «400».
Объектив «800» использовали всего-лишь один раз при сканировании макетов статуй для скульпторов ИрГТУ.

Фото спецификации данного сканера можно посмотреть тут.

Процесс сканирования максимально автоматизирован. Сканер имеет 10метровый кабель, который частью проводов подключается к контролирующей станции, а ещё два провода IEEE1394 по которым передаются данные с камер подключаются к PCI карте компьютера.
Для обработки большого объёма данных требуется мощный компьютер. У нас стоит 6тиядерный ксеон с 14ГБ оперативной памяти.
Объекты как правило сканируются с помощью автоматизированного поворотного стола, который подключается по USB к компьютеру. Программное обеспечение сканера для своей работы использует USB ключ. Лицензия на ПО сканера выдаётся на один год.
ПО сканера довольно мощное и покрывает большое количество задач.
Так же имеется возможность менять количество полигонов в модели, путём перерасчёта данных сканирования. То есть, если мы сканируем на Preview, а нам потом нужна большая точность модели, мы можем сказать компьютеру перерасчитать модель. В случае большого количества сканов и требуемой точности результата процесс перерасчёта может достигать до 6-7 часов и более при 100% загрузке процессора.

В случае проблем, немецкая техподдержка довольно быстро может помочь.
Если смотреть на недостатки сканера, то единственный минус — его габариты, что соответственно влияет на возможность транспортировки. Так же недостатком может быть стоимость.

Сканирование на Breuckman smartSCAN






Стоит отметить, что некоторые сканы отправляются другим археологам заграницу. 3Д модели костей барана из захоронения были отправлены антропологам в Канаду, а чаша монгольского времени специалистам в Японию.

Faro Laser Scanner Focus 3D


Данный сканер предназначен для сканирования помещений, зданий, сооружений, горных выработок и так далее. Диапазон сканирования — до 200-300 метров. Использовали летом 2013 года для сканирования проводимых раскопок.
С техническими характеристиками можно ознакомиться на сайте производителя. Так же, кому интересно, там можно скачать программное обеспечение для обработки сканов. Ввиду большого объёма исходных данным результаты показывать не буду.

С подробностями о том, как мы его использовали можно ознакомиться в статье, которую подавал на РАЭСК 2014, а с результатами сканирования можно ознакомиться в презентации. Для воспроизведения 3D моделей в PDF файле требуется Adobe Reader версии 10 и выше.

Из интересного в данном сканере можно выделить момент, что в сканере используется модифицированная версия GNU/Linux. Сканер имеет батарею, рассчитанную где-то на 5 часов работы. Результаты пишутся на SD карту памяти.
Среднее время сканирования одного уровня могильной ямы — 10-15 минут.
Результаты со сканера обрабатывались с помощью Geomagic Studio и Rapidform XOR3.

Собственно, с помощью Rapidform XOR3 мы обрабатываем сканы и с других сканеров, в том числе брекмана и некстенжина.

Дальше, когда поехали по монгольским городищам, мы попытались просканировать малый коктуйский городок, но ввиду того, что было много травы, у нас ничего не получилось.
Фотографии с Faro Laser Scanner Focus3D












Konica-Minolta Virtuoso


Данный сканер нам так же привезли канадцы. Ознакомиться с ним можно на официальном сайте производителя. Ничего хорошего сказать не могу. Из интересного — данные на компьютер передаёт по обычной витой паре. ПО требует 64хбитную винду. Единственный из сканеров в нашей лаборатории, который не умеет снимать текстуру. Убогое программное обеспечение, в котором ничего толком нельзя сделать. Кому интересно, может скачать его по этой ссылке. Все сканы требуют постобработки в какой-либо другой программе. Качество сканов довольно низкое при высокой стоимости сканера (27К зелёных президентов).

Ввиду того, что постепенно в лаборатории накапливается множество 3D сканов различных вещей и объектов, в рамках курсовых/лабораторных мною была начата разработка базы данных для публикации всего этого материала, так что, возможно, спустя некоторое время (как только будет написана первая версия и IT-начальники политеха сделают поддомен третьего уровня, что как говорят, довольно проблематично выбивать) наши материалы будут доступны в интернете.

Упреждая вопрос про другие археологические лаборатории, которые занимаются 3D сканированием, можно выделить центр коллективного пользования Томского ГосУнивера «Артефакт». Так же в Перми получили грант на закупку 3D сканеров, и уже закупают оборудование.
Но если смотреть в целом на археологию и 3D сканирование в России — этим как правило занимаются энтузиасты или привлекают разные частные компании, как в случае с Денисовой пещерой на Алтае. Ещё известно, что Мультимедиа центр НГУ (был у них, видел, общался) с помощью давид-лазер сканер эксперементирует с 3D сканированием для археологического музея Новосибирска.
В случае зарубежных археологов, 3D сканирование довольно развито и широко применяется. Яркий пример того, проект Смитсоновского университета, не раз упоминавшийся тут — 3d.si.edu.

Кому интересно, моя персональная подборка литературы на тему 3D сканирования в археологии.

Вроде всё, что хотел написать в данном посте. Если кому что интересно, спрашивайте в комментариях. В будущем, возможно. по заявкам в комментариях, если такие будут, могу написать более подробные статьи по каким-либо 3D сканерам, информационных технологиям в археологии и прочее, связанное с данной тематикой.

Спасибо за внимание.
Теги:3d сканерархеологияfaronextenginebreuckman smartscan
Хабы: Работа с 3D-графикой
+5
12,9k 14
Комментировать
Похожие публикации
Python для работы с данными
7 декабря 202031 500 ₽Нетология
iOS-разработчик с нуля
7 декабря 202070 740 ₽Нетология
BIG DATA с нуля
22 декабря 202019 700 ₽Нетология
Факультет интернент-маркетинга
7 декабря 2020210 000 ₽GeekBrains
SEO-специалист
7 декабря 202064 900 ₽Нетология
Лучшие публикации за сутки