中國科學家用機器人給兵馬俑畫像

（ 2022-07-07 ） 稿件來源：新華每日電訊 新華關注·文化

新華社西安電（記者孫正好、蔡馨逸）旋轉環繞180度，一鍵式自動掃描，數分鐘後，一尊兵馬俑的形狀與紋理數據採集、合成就已完成。在位於古都西安市的西北大學，機器人正替代人工手持掃描，對珍貴文物進行畫像並留存。

這種機器人學名為文物外觀快速採集建模裝置，是中國科學家利用機器視覺、機械臂等技術，花費1年時間研發而成。研發者是西北大學教師許陽，其博士畢業於北京航空航天大學儀器光電學院，從事過火箭、飛機的視覺測量技術研究。他將常用於航空航天製造領域的機械臂技術引入文物保護工作。

“機械臂最主要的作用是替代人工進行數據採集。我們使用的機械臂長度達到1.5米，能使文物的數字化採集具備自動化和人工干預少的顯著優勢。”許陽説。

他介紹，這款機器人的“眼睛”由結構光三維掃描儀與高分辨率彩色相機構成，名為文物外觀數據採集模塊。它的機械臂則類似於軀體，大直徑旋轉平台形同雙腳。採集過程中，承載了文物外觀數據採集模塊的機械臂，佈置在旋轉平台兩側，通過各自環繞文物旋轉180度，實現文物外觀數據的完整採集。

“通過條紋投射器向文物表面投射結構光，並藉助兩台工業相機拍攝的結構光圖像，對結構光進行解碼。配合機械臂的運動還有轉枱的旋轉，最後完成對文物表面三維形貌的完整採集。”許陽説。

相比人工手持掃描，機器人採集方式避免了對文物造成干擾甚至損傷。“採集過程中，文物被放置在旋轉平台中央的非旋轉區域，始終保持靜止狀態。機械臂承載的採集模塊隔空進行拍攝，最大限度地減少了對文物的干擾、破壞。”

這種數字化採集方式顯著提升了採集效率。“以一尊兵馬俑為例，如果用人工方式測量、拍照，可能需要半天時間。”許陽説，“用我們研發的文物外觀快速採集建模裝置，按一個自動掃描鍵，耗時約5分鐘就能自動完成整個掃描步驟，再通過按一個自動處理按鈕，計算出文物表面的三維數據。全程10分鐘不到，實現了文物形狀與紋理數據的自動採集與合成。”

此外，測量精度的提高也是該項技術的顯著優勢。“我們的採樣密度非常高，點雲的點距最小可達0.1毫米。紋理信息的採集分辨率會更高一些，能做到0.05毫米。最終生成一張帶有紋理圖像的文物三維模型。在虛擬環境中，我們可以對它開展虛擬修復。”許陽説。

目前，這種數字化採集方式將逐步在中國國家博物館等機構投入使用。“這將顯著提高我們館藏文物數字化的效率。我們打算研發不同的系列，比如針對小尺寸或大尺寸文物的不同採集設備，實現更高效的採集。”許陽説。