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数字地质博物馆

2019-12-13

数字地质博物馆

数字博物馆是现代信息技术条件下标本信息数字化的一个形态,是以计算机网络方式整合起来的一个收藏群体的数字化信息源集合。它把分散的信息源组成一个有序的整体并把这个整体以远程服务方式提供给全球的用户。

 

地质标本作为地质历史和地学研究的见证物,是地质生产、研究与教学的核心材料和基础资源,是博物馆的立馆之本、服务之基更是博物馆数字化的重点和难点。在地质专业院校、研究所、博物馆和实物地质资料库,都典藏有地质标本。目前有些机构已开始数字博物馆建设数字地质博物馆将成为一种实用、高效的地质标本信息资源共享模式。

 

地质标本不是供消耗,而是供研究、学习、观察、观赏的实物,标本的价值在于标本所承载的信息地质标本信息数字化的最终目的是通过数字化查询和输出向观众、研究人员等用户提供更加方便、更加高效的标本信息服务。因此,标本信息是提高标本使用价值,提高标本利用效率要抓住的“纲”。

 

数字地质博物馆与传统地质博物馆主要有三点区别:

 

 

数字地质博物馆

传统地质博物馆

资源类型

主要用数字化信息资源提供服务

用实物向观众和研究人员提供服务

资源范围

以博物馆群信息资源的集合提供服务

以自己单一博物馆的馆藏提供服务

用户范围

不受地域限制

一般只能在馆内享受博物馆服务

项目背景:

此次案例背景是地质研究机构,需把现藏岩矿化石标本在网络资源共享平台进行三维数字化展示。

地质标本中包含了矿物、岩石、矿石、化石等,其中不乏细小透明颗粒的晶体,光亮多折痕的黑体电气石,以及经历漫长岁月风化或腐蚀的古化石。半透明、光亮、素黑、易损,这些材质的特点都是对目前三维激光扫描技术的一种挑战。

 

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图1:水晶、黑碧玺、化石

 

扫描的地质标本对象,因为不仅需要全尺寸信息,对于表面纹理特征也需要较高质量数据。每一份标本都是不规则且表面纹理都是不重复的,若每一份标本都需采用后期贴图渲染技术,不仅耗费大量时间精力在上面,且精度还不能够把控,于后期的研究有很大阻碍甚至误导,同时会造成数字档案的一部分失真。

解决方案:

针对这些重点难点,我司技术人员提供了专业的解决方案:采用FARO 8-Axis Design ScanArm 2.5C三维激光扫描仪,配合扫描软件和专业移动工作站,完成对标本的扫描,直接获得完整高精度的标本表面纹理数据。

FARO 8-Axis Design ScanArm 2.5C三维激光扫描仪是法如扫描仪系列中的关节臂扫描,由一台七关节扫描臂和一台可旋转(第八节)的扫描平台组成,我们称之为8轴关节臂扫描仪。顾名思义,比之于人手臂关节,但更为灵活。

 

宣传照

FARO 8-Axis Design ScanArm 2.5C

 

FARO 8轴扫描仪是唯一集成的远程轴便携式三维可视化和渲染解决方案,能够在产品生命周期管理过程中的三维建模、逆向工程和基于 CAD 的设计应用进行全彩色测量。也就是说,8轴扫描仪在项目扫描过程中可以进行全彩捕获,给用户提供高分辨率彩色点云数据,实现真实世界对象的高质量三维可视化,让用户可以更深入地了解对象的设计和创建、几何、表面组成以及材料之间的视觉差异。此次在扫描地质标本时,获得的扫描点云已附有全纹理色彩信息,无需花费额外时间对物体进行大量拍照以及后期专业人员进行繁琐贴图步骤,极大的提高了工作效率,缩短了项目周期。

 

8轴扫描仪采用不接触扫描模式,被扫描物体不需要贴点或者喷粉,扫描速度每秒高达600,000点,且第八轴只需要很小的用户移动即可捕获。扫描仪在快速扫描的同时,具有高达0.075mm的体积精度,确保真实世界的扫描源对象的尺寸和细节,满足客户的高精度要求。8轴解决方案提供前所未有的人体工学体验,实现被扫描物体的实时旋转,很大程度上减少时间的浪费,同时降低对易损物体的风险并支持更完整的扫描输出

 

扫描仪配置的扫描软件,可自动完成所有数据的扫描功能、配准功能、点云去噪、导出3D打印格式和逆向建模等。为使工作内容流程顺畅,对使用的移动工作站有一定要求。从市场三维激光扫描仪使用反馈数据了解到,为避免软件因兼容问题导致的经常性崩溃,建议选择使用DELL移动工作站,可根据具体工作内容自主提高电脑配置。配置三维激光扫描仪项目的移动工作站的基础规格为:

 

处理器:INtel(R)Core(TM)i9-8950HK CPU @2.90GHz 2.90GHz;

主内存:16.0 GB;

显卡:OpenGL 4.1或更高版本,至少具备2GB内存

系统类型:64位操作系统,至少2千兆赫(GHz)

推荐型号:DELL-7730移动工作站

项目数字化工作内容:

扫描地质标本→拼接点云数据→对点云数据去噪→导出格式

1、       扫描地质标本:8轴扫描仪支持电源和双热插拔电池两种模式,可确保在没有任何外部电源的情况下,也可在任何地方持续工作,可用于室内和室外,具有绝佳便捷性。

 

扫描的地质标本中,以其一为例。下图为一裸子植物古化石,距今已2亿多年,极具珍贵。设置纹理扫描模式,在扫描标本点云数据时,能够同时获取表面纹理信息。扫描完成全部数据时间:4分钟。

 

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扫描实物照片

 

2、拼接点云数据、对点云数据去噪:在软件中,我们可以对扫描的两次(正面、背面)数据一键拼接,并且可以对数据进行去噪编辑。软件完成数据处理时间:4分钟。

 

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软件处理完成

 

3、导出数据:根据所需要的数据格式要求,导出相应用的点云格式或者模型数据格式。对于完成一份地质标本的数字化过程来说,4分钟扫描,4分钟在同一软件中完成数据处理,8分钟就足以结束一个完整的扫描项目。FARO 8-Axis Design ScanArm 2.5C三维激光扫描仪高效率、高质量的解决方案,让数字地质博物馆的建设掷地有声。

 

方案优势:

 

 

技术难点

8轴扫描仪解决方案

纹理表现

各地质标本异形、纹理不重复且需要真实色彩

FARO PRIZM Laser Line Probe为点云提供全色值

采集速度

标本数量众多,且形体大小不一

扫描速度每秒高达600,000点,

8轴延伸扫描空间

采集精度

表面材质存在微裂纹、细微孔隙、晶体颗粒等

扫描数据最小点间距:40μm,

体积精度:75μm

工作方式

地质研究人员对其可操作

扫描仪和扫描软件统一,流程简单,可操作性强

 

 

成果展示:

 

水晶:半透明水晶材质,8轴扫描仪扫描效果如图示。扫描时间3min+数据处理时间3min=完成扫描时间6min。

 

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  图1:水晶实物照片           图2:水晶扫描点云数据

 

黑碧玺:黑色电气石,表面透亮,扫描效果如图示。扫描时间4min+数据处理时间4min=完成扫描时间8min。

 

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  图3:黑碧玺实物照片          图4:黑碧玺扫描点云数据

 

贝壳化石:古生物化石,槽线模糊,表面多细微划痕,扫描纹理效果如图示。扫描时间2min+数据处理时间3min=完成扫描时间5min。

 

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  图5:贝壳化石实物照片        图6:贝壳化石点云扫描数据

 

植物化石:古植物化石,脉络断续浅现,表面纹理丰富,扫描纹理效果如图示。扫描时间4min+数据处理时间4min=完成扫描时间8min。

 

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       图7:植物化石实物照片 图8:植物化石扫描点云数据

 

总结:

对地质标本进行数字采集、数据处理后形成数字地质标本,已具有空间三维关系、纹理特征、质地色泽等视觉特征因全方位、各个角度的记录标本细节特征,实现了地质标本的数字化典藏由于网络时间和空间的无限性,3D扫描及数据优化处理后获取的高清晰三维数字模型,提供给不同用户开展继续研究、数字展示、教育宣传等工作,打破了局域空间的限制,实现资源共享。

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