ツァイス 3D スキャナー: 10 億点群データでパリのノートルダム大聖堂を「再構築」する方法とは?

現地時間2019年4月15日の夕方、フランスのパリにあるノートルダム大聖堂で火災が発生し、象徴的な尖塔が崩壊し、建物全体が大きな被害を受けました。 800年以上の風雨にさらされてきたこの大聖堂をどう再建するかが課題となっている。

△インターネットからの写真朗報としては、米国ヴァッサー大学の美術史教授アンドリュー・J・タロン氏がレーザースキャン技術を使ってノートルダム大聖堂を徹底的にスキャンし、デジタル保存したため、再建の基盤となる可能性がある。ナショナルジオグラフィック誌を引用した光明日報の報道によると、ゴシック建築の美術史を専門とするアンドリュー・タロン氏は、初めてレーザースキャン技術を使用して、ノートルダム大聖堂の構造について詳細な研究を行った。彼は収集した数十億の光点を3次元画像に配置し、線を描き、それを現場で撮影したパノラマ写真と組み合わせ、色付け、光と影の効果を追加するなどの手順を経て、非常にリアルで正確なノートルダム大聖堂の3次元モデルを作成した。

△写真はインターネットから。専門家によると、3Dレーザースキャン技術は文化財の修復と復元に信頼できる技術的サポートを提供するとのこと。高速、高品質、豊富な情報量。目視のみで測定する非接触測定なので、測定対象の文化財の保護にも役立ちます。高精度のポイントクラウドデータにより、古代建築物の保護と研究のための完全かつ正確で永続的なデジタルアーカイブを確立することができ、これに基づいて、存在しなくなったり破壊されたりした歴史的遺物を再構築し、文化遺産の本来の姿を再現することができます。この技術の応用により、文化遺産が破損したり消失したりした後の「心配」が大幅に解消されました。

ヴュルツブルク大学哲学部もエジプトの発掘現場でこの技術を使用している。 ZEISS COMET スキャナーを使用して考古学的発見物を文書化し、評価します。

3D データは新たな知識への扉を開きます<br /> ヴュルツブルク大学は長い間、光学測定機器を使用するかどうかを検討してきました。市場調査を通じて、ZEISS COMET スキャナーが、特に携帯性とコンパクトさにおいて、自社の要件を最も満たしていることが分かりました。 ”

私たちの選択は実際に実証されています。ヴュルツブルク大学の博物館にはギリシャの花瓶を含むアンティークコレクションがあります。「これらのコレクションをデジタル化するのは難しいため、スキャナーベンダーには、自社の機器がその課題に対応できることを証明するよう求めました。」「ZEISS COMET スキャナーは、特にその携帯性とコンパクトさにより、明らかに私たちの要件を満たしていました」と、ヴュルツブルク大学哲学部の IT マネージャー、ヨハネス・ヴァスジュンカー氏は言います。

「花瓶の反射率の高い黒い部分を測定するのは非常に難しかったのですが、ZEISS 3D スキャナーの優れた性能により、正確な測定が可能になりました。」これはすべて、高い光強度と高速カメラ速度のおかげです。このシステムは、過酷な条件下でも正確な 3D データを提供します。ヴュルツブルクは正しい選択をしたと確信している。

2017 年 3 月、このコンパクトでポータブルな 3D スキャンシステムは、エジプトのエドフ神殿での最初の重要なアプリケーションテストに合格しました。「神殿の屋根は今も無傷で、内陣もほぼ無傷のままなので、理論的にはスキャンには好条件だ。しかし、訪問者を照らすために神殿の床に使われている蛍光灯が、ある意味で障害になっている」と、エドフ神殿の発掘を指揮しているヴュルツブルク大学のエジプト学教授、マルティン・シュタドラー氏は語った。

マーティン氏と彼のチームは10日間にわたって、寺院内の5×5メートルの広さで高さ約9メートルの部屋の3Dデータを収集しました。壁には儀式の場面を描いた平らなレリーフと象形文字の碑文が刻まれています。全体の装飾は複雑で、熟練した職人によって描かれています。「ZEISS COMET スキャナーのおかげで、部屋を正確に測定できただけでなく、レリーフに関する正確な情報を含むデータセットも提供できました」と Stadler 氏は言います。

このデータを使用して、各コンポーネントの正確な高さと、完了した作業の量を判断することができます。従来は写真撮影でしか捉えられませんでしたが、高精度な3Dデータにより全く新しい可能性が拓かれています。「このデータは、特定の考古学上の疑問に対する答えを提供し、さまざまなレリーフの作成時期を特定し、何世紀に完成したかを判断するのに役立つと信じている」とスタドラー氏は語った。

これまでは概略図でしか作業できなかったため、これは寺院の調査において大きな前進となるでしょう。碑文の内容は、印刷された象形文字を使用してこれらの要素を再現することしかできません。「残念なことです。なぜなら、神殿が建てられた紀元前237年から57年の間に、象形文字はかなり進化していたからです。詳細を理解することは非常に重要です。」

3Dデータから3Dプリントへ「理想的には、寺院全体の3Dスキャンを作成し、他の同様の寺院から同じデータを取得して比較できるようになります。これにより、多くの考古学的調査が促進されます。」マーティン教授は将来に期待を寄せています。「3Dデータを3Dプリントで使用することもできます。つまり、寺院のレリーフや主要なシーンを博物館で再現したり、学生の展示会で展示したりできます。たとえば、長い間色あせてしまった色の復元を試みることができます。」現代の技術を使用して、元のレリーフの失われた要素を復元し、3Dモデルにしようとしています。

ナイル川沿いの極限状況
ZEISS COMET のミッションはまだ終わっていません。ナイル川に沿ってザガジグという小さな村まで下ります。そこでは、ヴュルツブルク大学のエジプト学学術委員会委員であるエヴァ・ランゲ博士がチームとの待ち合わせをしていました。彼女はここでの発掘調査を指揮したが、測定にいくつかの困難に直面した。これはまったく異なる仕事でした。今、チームは廃墟となった寺院に直面しており、多くのレリーフが遺跡のあちこちに散らばっており、おそらく何らかの損傷を受けていたのです。

「私たちがここで別の測量士と作業していたときに、やはり ZEISS 機器を使用して 3D データを取得していたので、3D スキャン方法には慣れていました。それが私たちの作業を円滑にしてくれました」と Lange 氏は言います。

発掘現場の実際の状況はエドフ神殿の場合よりも複雑でした。気候が石の表面に深刻な損傷を与えただけでなく、作業の難易度も増しました。強い日差しのため、テントなしではスキャンは不可能でした。さらに、地元の強風のため、チームはほとんどの時間屋外で作業することができませんでした。過酷な環境は測定結果に影響を及ぼすだけでなく、人身事故を引き起こす可能性もあるため、地元の技術専門家であるヨハネス・ヴァスジュンカー氏は、キャラバン内で小さな部品をスキャンするという回避策を考案しました。

しかし、発掘現場は市内の幹線道路に近いため、トラックの通行による振動に対処する必要があります。このとき、ZEISS colin3Dデータキャプチャソフトウェアの振動検出機能が非常に役立ち、不正確なデータをタイムリーに検出して発見します。

ザガジグ氏の作業中に 3D スキャナーを使用した主な利点は、スキャンしたレリーフブロックから寺院の一部を仮想的に再構築できることでした。これにより、チームは多くの救援ブロックを「再利用」することができました。言い換えれば、壁全体をスキャンするのではなく、個々のレリーフが古い彫像や構造要素の上に配置されました。「ナイル川デルタには採石場がなく、神殿が建てられた紀元前1世紀初頭、エジプトの支配者たちはナイル川流域の採石場へのアクセスを制限し始めました。そのため、彼らは古い神殿や彫刻を使いました。それらは破壊され、滑らかな表面はレリーフで覆われ、石は石工として再利用されました」とエヴァ・ランゲ博士は説明します。

将来に向けた大きな計画

こうした状況により、石の中には数トンの重さがあるものもあったため、神殿の再建は非常に複雑なものとなった。「コンピューター画面で寺院を再現するのは、どの要素が組み合わさっているかを確認してからデジタルの世界で再現できるので、はるかに簡単です。3D データをキャプチャすると、石ブロックのさまざまな側面にあるすべてのレリーフを再構築して、いつ作られたかを確認できます。その後、石がどのように装飾され、どのように組み合わされているかを一般の人々に見せることができます。」

また、長さや幅が数メートルに及ぶテルバスタ神殿の石材約 1,000 個も測定します。「まず最初にしなければならなかったのは、彼らを収容できる大きさのテントを作ることでした。彼らをより正確にスキャンできるように、機器を絶えず調整する必要がありました」とヨハネス・ヴァスユンカーは説明します。

「ZEISS COMET の高速測定により、1 つの石の測定を 1 日で完了できます。」しかし、この速度でも、測定作業全体には依然として長い時間がかかります。

いずれにせよ、ヴュルツブルク大学では、ZEISS 3D スキャンテクノロジーによって提供される高品質の測定結果に人々は感銘を受けました。 ZEISS 3D スキャンシステムは、過酷な環境条件下でも優れたデータ品質を実現します。そのため、歴史的建造物や文化遺産を3Dデジタル化するプロジェクトをいくつか立ち上げる予定であり、新たな発見や体験を提供することが期待されています。「ツァイスからの新たなイノベーションを非常に楽しみにしています。」

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