使數(shù)字檔案3D測量高效化的方法

近年來，將手寫文件、陶器、化石及其它文化財產(chǎn)等保存為數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字檔案正在快速發(fā)展。
其背景是社會IT化的巨大浪潮，以及數(shù)字化期間極其耗費工時的3D測量技術的進步。
下面將解說數(shù)字檔案的基礎知識以及數(shù)字檔案的測量方法存在的課題，并說明其解決方法。

■何謂數(shù)字檔案

數(shù)字檔案是指，用數(shù)字技術記錄有形和無形的各種知識資源的機制。不僅是完成品，完成過程也作為對象，應用于博物館和圖書館內(nèi)的收藏資料、企業(yè)和自治體的文件保管等用途。
此外，除了簡單地采用數(shù)字方式記錄之外，可使數(shù)據(jù)管理、共享和搜索變得更容易，還能夠通過網(wǎng)站等發(fā)送。因此，實現(xiàn)了在研究和學習支持、經(jīng)濟發(fā)展、發(fā)明創(chuàng)造等方面的應用。
由此可見，數(shù)字檔案作為知識循環(huán)型社會的價值創(chuàng)造和社會發(fā)展的基礎而備受重視。

■數(shù)字檔案的制作方法

構建數(shù)字檔案，需要實物和原版調(diào)查、業(yè)務設計等計劃工作，以及數(shù)字化與加工、對數(shù)字化后的數(shù)據(jù)實施管理和應用、進一步有效利用等工作。下面將介紹這些工作。

?調(diào)查和業(yè)務的設計

實物和原版數(shù)字化的準備階段。分類成需要數(shù)字化的資料和不需要數(shù)字化的資料，在必要資料中加上種類和附帶信息。在電腦等設備中輸入這些內(nèi)容，使其能夠形成數(shù)字目錄，方便瀏覽。
由此，可以掌握作為數(shù)字化對象的實物和原版的種類與數(shù)量，節(jié)省資料保管場所的空間。此外，還可建立能搜索和共享的系統(tǒng)功能，并制作運用手冊等。

?資料數(shù)字化與加工

將數(shù)字檔案使用的實物和原版數(shù)字化。立體物品采用3D掃描儀，文件和膠卷等采用平板掃描儀等讀取裝置完成數(shù)字化。在立體物品的數(shù)字化時，除形狀以外，還需要取得表面顏色、細微凹凸等信息（紋理信息）。尤其是陶器和化石等，由于材料狀態(tài)表示保存狀態(tài)，取得紋理信息變得十分重要。此外，在文件數(shù)字化中，若使用光學字符識別（OCR）技術，可高精度、高效地形成文本數(shù)據(jù)。
而且，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)還與種類和附帶信息相關聯(lián)，注冊為數(shù)字檔案。多數(shù)情況下，需數(shù)字化的資料數(shù)量龐大，因此要求讀取裝置具有合格的處理速度、較高的工作效率以及良好的操作性。

?數(shù)字數(shù)據(jù)的應用

注冊于數(shù)字檔案的數(shù)據(jù)可作為數(shù)字內(nèi)容使用，如仿制品（復制品）的制作資料、在展示處展覽、在網(wǎng)站上公開等。

■數(shù)字檔案的優(yōu)點

數(shù)字檔案的優(yōu)點在于，與未整理的備份數(shù)據(jù)不同，人們能夠在各種時間和地點自由使用其內(nèi)容。視需要共享和利用數(shù)字數(shù)據(jù)，可創(chuàng)造出豐富多彩的價值。

?防止資料劣化

因為已將實物和原版的現(xiàn)狀忠實地數(shù)字化，所以在復制時成為珍貴的資料。珍貴的實物和原版被妥善保管，利用數(shù)字檔案進行復制，展示仿制品，從而限制對原版和實物的使用及閱覽次數(shù)，預防物理性損傷和劣化。
尤其是用木頭、紙等天然材料制作的文化財產(chǎn)，會因為展示和公開而導致嚴重褪色和劣化，因此展示仿制品在保護文化財產(chǎn)方面也非常有效。

?可削減管理成本

數(shù)字檔案通過計算機管理經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)。海量信息也可存儲在硬盤等存儲裝置中，與使用照片膠卷、紙等的保管相比，更節(jié)省空間，還可以大幅減少保管相關的作業(yè)和時間。此外，通過備份信息，還可以應對硬盤損壞等意外情況。

?可共享、搜索

構建檔案管理系統(tǒng)后，可經(jīng)由LAN等訪問數(shù)據(jù)，實現(xiàn)輕松搜索，在需要時能夠立即閱覽所需信息。
可在小組內(nèi)共享數(shù)據(jù)，便于對文化財產(chǎn)進行調(diào)查、比較、研討等。

?可在網(wǎng)站等公開

可通過互聯(lián)網(wǎng)公開信息，便于世界各地的人們閱覽。不拘泥于場所和時間，可在需要時閱覽，在研究、學習、發(fā)明創(chuàng)造等方面發(fā)揮了作用。

■使用手動工具的數(shù)字檔案測量課題

數(shù)字檔案必須盡量獲取忠實于實物和原版的信息。特別是表面顏色和質(zhì)感，在獲取這些信息時，使用三角規(guī)、分線規(guī)、真弧、測徑器、游標卡尺等手動工具和照片的測量存在以下課題。

?存在測量誤差和無法測量的位置

此前在使用手動工具的測量中，破裂、缺損等情況的記錄準確程度取決于實測圖制作人員的判斷，因此精度受到人為影響。照片可以記錄接近肉眼所見的立體形狀和顏色等信息，但鏡頭會發(fā)生失真，所以立體信息缺乏準確性。而且，這些方法需要將大量時間用于測量和記錄，數(shù)據(jù)收集速度極其緩慢。

?無法取得顏色、質(zhì)感等信息

從陶器和化石等的紋理信息可以了解當時的技術和文化，因此極為重要。使用手動工具可以測量形狀，但無法記錄表面顏色、質(zhì)感等信息。此外，由于鏡頭失真、照明傾斜造成陰影等影響，使用照片難以獲得準確的信息。

?有破損風險

測量時，可能會因為游標卡尺、分線規(guī)的接觸以及取模等作業(yè)，損傷實物和原版。此外，有些文化財產(chǎn)由于其宗教信仰，盡量避免用手觸摸，在這種情況下，測量本身就很困難。

■通過非接觸式3D掃描儀“VL系列”提升測量作業(yè)效率

數(shù)字檔案必須盡量仔細地測量實物形狀。因此，要求在測量形狀時具有高精度。此外，取得顏色信息也很重要。除此之外，當測量數(shù)非常龐大時，還要求具有高效的操作性。
為滿足這些測量需求，基恩士開發(fā)了高精度三維掃描測量儀“VL系列”。以非接觸的方式，以面為單位來高精度捕捉目標物的3D形狀。此外，最快1秒完成載物臺上目標物的3D掃描，高精度地測量3D形狀，同時取得顏色信息。因此，可瞬間獲取無偏差的高精度測量結果。具體優(yōu)點如下。

?優(yōu)點1：以非接觸方式從各個方向進行高精度的3D測量

即使是形狀復雜的實物，也只需將目標物放置到“VL系列”的載物臺上并掃描，即可360°捕捉3D形狀。無需定位，即使沒有測量儀的知識和經(jīng)驗，也能立即實施高精度測量。
難以檢測的部位形狀，也可通過大型高精細CMOS相機實現(xiàn)的高精度模式，以多達1600萬點進行掃描。對難以測量的細微形狀也可以高精細地進行測量、分析。

?優(yōu)點2：以非破壞方式分析壁厚和截面

很難以非破壞方式測量的截面形狀，如今無需切斷實物即可測量。此外，還可根據(jù)取得的3D形狀數(shù)據(jù)自由設定基準面，并可從各個方向分析截面。由此便可從整體到細節(jié)，實現(xiàn)更詳實的分析。經(jīng)由截面測量取得的數(shù)據(jù)，可轉換為能夠通過2D-CAD查看的DXF數(shù)據(jù)或STL文件。為使用3D打印機等設備制作仿制品做出巨大貢獻。

?優(yōu)點3：也可取得顏色信息

大型高精細CMOS相機可獲取非一體型3D掃描儀難以取得的顏色信息。通過在真實的3D數(shù)據(jù)中附加顏色信息，能夠以更忠實于實物的信息為基礎，完成準確的分析。

■總結：飛躍性地提升數(shù)字檔案中分析工作的效率

“VL系列”以多達1600萬點的高精度，實現(xiàn)高速3D掃描。以非接觸的方式迅速、準確地測量實物的3D形狀和顏色信息。

·       測量時無需繁瑣的定位。將實物放置到載物臺上，通過只需一鍵的簡單操作，即可完成測量。此外，還可同時掃描多個實物，高效實施測量作業(yè)。

·       以面為單位掌握整體形狀。另外，能夠以非破壞方式測量截面和各個位置的輪廓，完成更詳細的分析。

·       即使是在宗教信仰上避免觸摸的實物以及易碎、易損壞的材質(zhì)，也能采用非接觸方式，安全、高精度地測量形狀。

·       可同時取得顏色信息，因此能制作出忠于實物的仿制品。

“VL系列”是實現(xiàn)高精度且簡單操作的3D掃描儀。由于能夠忠實、高速地取得實物形狀和顏色信息，飛躍性地提升了數(shù)字檔案中的數(shù)字化作業(yè)以及測量和分析工作的效率。

基恩士 高精度三維掃描測量儀 VL-800系列

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