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

Здравствуйте. 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, при 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:

• Баранья лопатка
• Стенка бронзового котла

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

• Нуклеус со стоянки «Большой Якорь»
• Горшок с узорами
• Кость голени барана
• Позвонок барана

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

Данных 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.

Источник: habrahabr.ru/post/223201/