博物館における3Dスキャン技術の応用と展望

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-9-26 15:31 に最後に編集されました。

所蔵されている貴重な文化財を3次元デジタル化することは、文化財の保護、研究、展示、合理的利用を向上させ、文化財の社会的機能を十分に発揮させる上で大きな意義を持っています。文化遺産は真正かつ再生不可能な性質を持つため、損傷を受けやすい文化遺産の採取や触れることは最小限に抑える必要があります。 3Dスキャン技術は、非接触、非破壊、完全デジタル方式で文化財の実際の情報を正確かつ効果的に記録し、仮想現実の分野で鮮明かつインタラクティブな方法で表示することができます。これは、リソースの共有を実現し、文化財の展示スペースを拡大し、長い歴史と文化資源を展示する上で重要な実用的意義を持っています。

3Dスキャン技術とは、3次元スキャナを用いて対象物の表面の各点の3次元空間座標と色情報を取得し、取得した計測データから対象物の3次元モデルを構築する全自動計測技術です。これは現在博物館でより頻繁に使用されている3次元データ取得方法であり、その利点は、精度が高く、操作が簡単で、文化財に対して比較的理想的な3次元データ記録効果を実現できることです。博物館の文化遺産は種類や大きさが異なるため、単一の 3D スキャナーデバイスですべての種類の文化遺産のデータ収集の問題を解決することはできません。同じ文化遺産でも、全体的かつ詳細なデータ収集作業を完了するには、異なるスキャナーデバイスが必要になる場合があります。

3D スキャナーの開発は、3D スキャン技術の発展の鍵です。市場には 3D スキャナーを分類する方法がたくさんあります。測定方法によって、パルスベース、時間位相差、三角測量原理などに分けられ、距離によって、短距離、中距離、長距離などに分けられ、光源によって、レーザーベース、白色光などに分けられます。また、国内外で3Dスキャナー機器のブランドやモデルは数多くあり、価格も大きく異なります。博物館は、博物館の経済状況、文化財の種類、材質、量などの特性に基づいて適切な選択を行う必要があります。文化遺産の3Dスキャンは、3次元デジタル化プロセスにおける重要なリンクです。後期段階では、スプライシング、穴埋め、テクスチャマッピングなどによってデータを最適化し、最終的に完全な3次元データモデルを形成する必要があります。博物館の文化財の3次元デジタル化を基礎とし、3次元データ資源の開発と活用を最終目標としています。

博物館分野における3Dスキャン技術の応用と展望

01デジタルディスプレイ
1) 博物館展示の主体は、文化財、標本、模型、その他の有形物を含む博物館のコレクションです。博物館が文化財資源を合理的に利用し、その意味を十分に探求し、文化財に命を吹き込むという展示コンセプトを強化するにつれて、多くの博物館が徐々にデジタルメディア技術を展示や展覧会に導入するようになりました。その中で、文化遺産の3次元デジタルモデルのインタラクティブな展示は、来館者の訪問への興味を刺激し、観客との交流を強化し、観客を没入させ、関与させる上で重要な役割を果たしてきました。移動が難しい文化財については、実物ではなく3次元デジタル模型で展示することで、輸送中のリスクから文化財を守り、観客が文化財を間近で鑑賞しながら、実際に触って感じることができる。

文化遺産は国の悠久の歴史と輝かしい文明を担っており、文明間の交流と相互学習は人類文明の進歩と世界の平和と発展を促進する重要な原動力です。「文化財で見る中国」展覧プロジェクトは、文化部と国家文化財管理局が共同で企画したもので、「視覚3D修復技術」を利用して、国内の多くの博物館の貴重な文化財をインタラクティブな3Dデジタルモデルの形でタッチスクリーン上に展示し、デンマーク、フランス、オーストラリア、シンガポールなどの文化交流センターで活用され、中国と海外の文化交流の架け橋となり、優れた歴史文化をハイテクの影響下でより広い世界に広げています。

▲図1 「文化財が伝える中国」展

内モンゴル博物館の「移動デジタル博物館」は、タッチスクリーン技術とAR拡張現実技術を採用し、テキスト、音声、画像、ビデオ、3次元デジタルモデルを使用して、コレクション内の貴重な文化財を全方位的かつ立体的に展示します。博物館の奥深くに隠された文化財を移動キャラバンで交通の不便な遠隔地に運び、観客に「没入型」の感覚体験をもたらし、物理的な文化財の安全性を確保するだけでなく、貴重な文化財の展示率を高めます。

▲図2 内モンゴル博物館の「移動デジタル博物館」

2) 展示物自体に基づくが、それに限定されない一部の詳細な情報は、テキスト、画像、静的展示物などの表示方法では表現するのが難しいため、3次元の動的なデジタル技術の仮想シーン、機能のデモンストレーション、動的なインタラクションなどの現代の科学技術手段を通じて説明および解釈され、展示会を面白く教育的なものにし、訪問者の印象を深めます。

故宮デジタル博物館の「デジタル宝物館」は、縦9列、横2列の18台の高精細スクリーンで構成され、故宮コレクションの約100点の工芸品の高精度な3次元デジタルモデルを展示しています。来場者は手を伸ばして文化財に触れたり、拡大したり、細部を鑑賞したりすることができます。また、一部の文化財の使用機能や造形特徴をダイナミックに実演しています。従来の博物館展示では展示できない文化財の情報が、仮想技術を通じて深く明らかにされ、説明されており、来場者はコレクションの外形を超えてより深い情報を得ることができます。来場者は、展示会を訪れる喜びを体験し、デジタルインタラクションを通じて知識と啓発を得ることができます。

▲図3 故宮博物院デジタル宝物館

3) インターネット上の時間と空間は無限であるため、高解像度の3次元デジタルモデルがインターネット上に表示され、訪問者はデジタル文化財のあらゆる情報を閲覧できるだけでなく、それらと対話することができ、家を出ることなく博物館を訪問でき、ダウンロードして印刷することさえ可能となり、物理的な博物館における一方向の情報伝達の制限を打ち破りました。

スミソニアン協会は、所蔵する 1 億 3,700 万点のオブジェクトの 3D レンダリングを作成しています。この成果は、オンラインテストプラットフォーム http://3d.si.edu/tour-browser を通じて一般に公開されており、誰でも閲覧、操作、さらには 3D プリントすることができます。最新の WebGL と HTML5 のシームレスな統合技術を使用することで、視聴者はプラグインなしでインターネット上で完璧なインタラクションを実現でき、長年にわたるネットワーク開発における 3D 技術のボトルネックの問題を解決し、画期的な意義を持ちます。

▲図4 スミソニアン協会X-3Dネットワークディスプレイ

02文化財保護分野<br /> まず、3Dスキャンとデータ最適化処理を経て得られた3次元デジタルモデルは、文化財の詳細な特徴をあらゆる方向とあらゆる角度から記録しているため、さらなる研究、デジタル展示、教育、宣伝などのためにさまざまなユーザーに提供できます。貸出コレクションの返却後にアクセスが困難になること、コレクション倉庫の頻繁な出入りに伴う煩雑な手続き、コレクションの損傷の可能性などのデメリットを回避します。物理的な文化財の使用回数を減らし、文化財保護の目的を達成します。

第二に、3Dスキャン技術は、非接触状態で文化財の3次元点群データを取得し、修復モデルを作成・生産し、コンピュータ内で文化財の修復をシミュレートし、文化財修復計画の策定に理論的根拠を提供し、文化財修復プロセスにおける予期せぬエラーを回避して文化財自体の損傷につながる可能性があるため、文化財の修復と保護の分野で強力な利点と応用の見通しがあり、文化財保護分野における現代科学技術の応用の重要性も反映しています。

第三に、伝統文化財の複製は、一般的に、成型、成形、彫刻などの方法を使用して完成されます。元の文化財に基づいて直接成型すると、成型材料が文化財の表面に残り、文化財にさまざまな程度の損傷を引き起こします。成形や彫刻には熟練した職人が必要で、材料費や人件費が高く、時間もかかります。文化財を複製するには1か月近くかかることも珍しくありません。 3Dプリント技術はこの問題を解決しました。文化財に直接接触することなく、3Dスキャン技術を通じて文化財の正確な3次元情報を取得できます。デジタルソフトウェアと特定の材料を使用することで、文化財の形状とパターンを直接印刷できるため、文化財の複製と出力が実現され、文化財の複製プロセスが大幅に簡素化されます。

03文化創造商品開発
3D プリント技術はラピッドプロトタイピング技術の一種で、3 次元デジタルモデルファイルに基づいて、レイヤー処理と重ね合わせ成形を使用して、材料を層ごとに追加してオブジェクトを構築します。 3Dプリント技術は、元の文化財と同等か、比例して小さいか大きい出力を実現できます。これは、元の文化財を複製するだけでは実現できません。デザイナーは、3次元デジタルファイルの二次開発と設計を行うこともできます。これは、博物館の文化創造製品の開発に革命的な変化をもたらします。 3Dプリント材料の限界とコスト要因を考慮して、博物館は一般的に3Dプリント技術を使用して文化創造製品を開発しています。文化財の3次元デジタルモデルを印刷し、出力された3Dモデルを複製して、対応する材料の文化創造製品を取得します。

国立博物館の青銅文化創意製品開発「宋代彩色木彫観音菩薩坐像」を例に挙げてみましょう。立体データを元に感光性樹脂を印刷材料として、実物と1:5の比率で3Dプリントし、3Dモデルを元に蝋型を作り、その蝋型を原型として「青銅観音菩薩坐像」を制作します。図5は、中国国家博物館所蔵の青銅文化創意工芸品「宋代彩色木彫観音菩薩坐像」の開発過程を示しています。

▲図5 国立博物館所蔵「宋代彩色木彫観音菩薩坐像」青銅文化創意品の発展

04遺物計測と考古学測量ラインマップ作成<br /> これまでの考古学研究では、遺物や工芸品を点や線、面などの形で科学的かつ鮮明に記録・表現することが多かったが、これを考古図と呼んでいる。 3Dスキャン技術によって得られた文化財の3次元データモデルは、文化財の基本属性情報（長さ、幅、高さ）や文化財モデルの内部構造を正確に測定できるだけでなく、モデルインターフェースを使用してオブジェクトの厚さを測定し、輪郭線を生成し、オブジェクトの表面のパターンを平面展開するだけでなく、さまざまな表面のオルソ画像、断面画像、立面画像をエクスポートして、文化財や標本の正面図、断面図、立面線図を描くために使用できます。模型の遺物を測定し、考古学的な線画を生成するこの方法は、高速かつ正確で、技術的に標準化されており、従来の手動測定または手動描画方法の不完全または偏った文化遺産情報の欠点を補います。

▲図6 「金銅金剛薩埵坐像」の基本属性情報測定

05デジタル出版 デジタル出版とは、コンピュータ技術、ネットワーク技術、ストリーミングメディア技術、ストレージ技術、ディスプレイ技術などのハイテク技術をベースにした出版活動を指します。人々の読書習慣や読書媒体が変化するにつれて、デジタル出版物は明らかに現在のニーズにさらに合致するようになっています。流通と配布コストの面での物理的な出版の制限と比較すると、インターネットの利便性に依存するデジタル出版は、大容量のストレージと多様な選択権、インテリジェントな検索、2次元、3次元、オーディオ、ビデオなどのメディアプレゼンテーション、コンテンツ、機能、デザイン、外観などに基づくパーソナライズされたカスタマイズなど、比類のない利点を提供します。

デジタル出版は、博物館のコレクションのデジタル画像にとってチャンスであると同時に課題でもあります。一方では、博物館のコレクションの貴重な3次元デジタルモデル、写真、オーディオおよびビデオ資料を使用して、コレクションに関する認可された3次元画像CDまたはその他のデジタルメディア（iPad、iPhoneなど）を制作し、出版、学校教育、美術コレクションなどの関係者に提供することで、博物館の付加価値を実現できます。他方では、デジタル出版業界の発展により、解決する必要がある多くの著作権問題も明らかになりました。関連する著作権法と規制を早急に改善する必要があり、デジタル出版会社の著作権意識、社会的責任意識、誠実性意識を強化する必要があります。

概要<br /> 近年、3Dスキャン技術は博物館の展示、研究、教育、文化財保護、文化財複製などの業務においてますます重要な役割を果たしています。将来的には、市場の規制、健全な法律、明確な著作権意識と社会的責任意識により、文化創造製品の開発やデジタル出版に広く使用され、博物館に新たな変化をもたらすでしょう。

それにもかかわらず、博物館の文化財の 3D スキャンを実行するプロセスには、まだ多くの問題があります。1) 3D デジタル化の要件が明確ではなく、3D データの開発と活用が不十分です。
2) 3Dデータ取得規格が統一・標準化されていない。
3) 文化財3Dデータに対する知的財産保護法は健全ではない。
3次元デジタル技術は現段階ではまだいくつかの欠点がありますが、技術の継続的な発展と進歩、市場と法律の規制、3次元データリソースの合理的かつ効果的な使用により、博物館ビジネスの発展にさらに広い展望をもたらすでしょう。南極熊3Dプリントネットワークにご注目ください。

出典: Wenbo Circle 詳しい読み物:
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