《可移动文物三维数字信息采集与建模指南》

Q/LB.□XXXXX-XXXX可移动文物三维数字信息采集与建模指南范围本文件规定了可移动文物非隐蔽表面空间信息和颜色信息的三维数字化技术方法、前期准备、数据采集、数据加工、成果提交和成果应用。本文件适用于具有稳定的空间形态和颜色外观、材料非透明的可移动文物的三维数字化。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T23863《博物馆照明设计规范》WW/T0018《馆藏文物出入库规范》DB11/T1922《文物三维数字化技术规范器物》《博物馆管理办法》（文化部令第35号）术语和定义下列术语和定义适用于本文件。空间信息spatialdata描述器物的位置、大小、形状、方向、几何拓扑关系等的数据。三维扫描threedimensionalscanning以非接触方式，通过传感器或测量设备（如：三维扫描仪），对文物空间信息进行采集和处理的一种技术方法。纹理影像textureimage一种通过光学器械（如：数码照相机）获取的物体表面色彩信息。纹理贴图texturemapping采用UV坐标，包含与网格模型映射关系的纹理图像。空间分辨率spatialresolution在数字影像中，相邻两像素之间的空间距离。点云pointcloud通过三维扫描得到的反映文物表面几何特征空间点数据的集合。点云噪声pointcloudnoise在三维扫描过程中跟，受扫描环境（如空中的杂质、震动）、扫描对象物理特性（如表面折射）等因素影响而产生的一类非物体真实信息的空间点数据集合。三维素模three-dimensionalprimemodel仅包含几何信息的三维模型，一般由三角网格面组成。纹理模型texturemodel包含几何、纹理信息的三维模型。成果等级根据可移动文物三维数字化应用需求的不同，将数字化成果分为存档类、应用类，其中存档类分为一级、二级，应用类也分为一级和二级。由管理单位和技术团队根据项目需求选择成果类型和等级。采集适应性、采集对象及深度可根据实际情况进行调整。宜根据成果类型、等级与采集方式设置科学的仪器参数，兼顾经济性与采集效率。表1可移动文物数字化成果技术指标汇总分类级别成果内容技术指标存档类一级原始数据点云数据1.测量误差≤0.01mm；2.平均点间距≤0.05mm；3.最大点间距≤0.2mm；4.完整度≥98％；5.点云噪声≤1％；6.点云真实性100％；7.点云存储格式*.xyz。纹理影像1.影像像素≥5000万；2.空间分辨率≤0.03175mm；3.影像重叠度≥50％；4.纹理存储格式raw和*.jpg。纹理模型三维素模1.完整度100％；2.尺寸误差≤0.1mm；3.表达的最小表面起伏变化≥尺寸误差；4.模型存储格式*.obj。纹理贴图1.空间分辨率≤0.042mm；2.CIEDE2000色差平均值≤2.0；3.与网格模型映射的位置误差≤0.1mm；4.完整度100％；5.贴图存储格式*.jpg或*.png。二级原始数据点云数据1.测量误差≤0.03mm；2.平均点间距≤0.2mm；3.最大点间距≤0.5mm；4.完整度≥95％；5.点云噪声≤3％；6.点云真实性100％；7.点云存储格式*.xyz。纹理影像1.影像像素≥3600万；2.空间分辨率≤0.042mm；3.影像重叠度≥50％；4.纹理存储格式*.jpg。纹理模型三维素模1.完整度100％；2.尺寸误差≤0.2mm；3.表达的最小表面起伏变化≥尺寸误差；4.模型存储格式*.obj。纹理贴图1.空间分辨率≤0.085mm；2.CIEDE2000色差平均值≤3.0；3.与网格模型映射的位置误差≤0.2mm；4.完整度100％；5.贴图存储格式*.jpg或*.png。应用类一级纹理模型三维素模1.模型网格面数量原则上≤500万；2.表达的最小表面起伏变化≥1mm；3.完整度100％；4.模型存储格式*.obj。纹理贴图1.贴图像素：单张4096×4096；2.空间分辨率≤0.042mm；3.完整度100％；4.贴图存储格式*.jpg或*.png。二级纹理模型三维素模1.模型网格面数量原则上≤10万；2.表达的最小表面起伏变化≥2mm；3.完整度100％；4.模型存储格式*.obj。纹理贴图1.贴图像素：单张4096×4096；2.完整度100％；3.贴图存储格式*.jpg或*.png。技术方法可移动文物三维信息采集与建模宜采用近景摄影测量结合三维扫描的技术方法，具体工作流程如下：图1可移动文物三维数字信息采集与建模流程工作步骤前期准备在文物三维数字化工作开始前，针对已有资料、文物情况、技术方法适用性等进行综合评估并编制实施方案。根据项目方案配置满足要求的设备、软件、人员等资源。实施方案编制对文物三维数字化工作的目标、内容、技术路线、成果指标等进行阐述，方案内容宜包括工作概述、实施依据、工作目标、技术路线、资源配置、组织结构、实施计划、质量控制、安全保障、文物清单等。表2实施方案编制要求序号名称说明1工作概述阐述项目建设背景、需求分析等2实施依据项目实施需遵循或参照的行业标准及国家标准3工作目标明确项目建设内容、数量、所采用的技术工艺和预期效果4技术路线详细阐述项目实施技术流程，包括技术架构、技术要求、实施步骤、成果示例等5资源配置项目实施所需的软硬件设施6组织结构完整的项目实施团队，包括数据采集团队、成果制作团队、质检团队等7实施计划根据项目实施周期要求，制定合理的实施计划8质量控制明确数据采集和成果制作阶段质量控制措施9安全保障包含不限于文物现场采集安全管理办法、数据安全管理办法等10文物清单包含不限于文物名称、藏品号、数量、文物尺寸（长宽高）、材质、年代、保存状态、保存地点、文物照片等信息相关资源配置根据文物三维数字化的技术要求、工期要求，配置满足项目实施要求的设备、软件和人员，根据采集对象特征和需求单位的实际情况，选定科学、合理的采集环境。数据采集现场布置包括采集空间、进出通道、工作平台、光照、采集设备要求等标准。表3现场布置要求序号名称说明1采集空间独立空间，层高2.2m及以上，场地具备220V交流电源，同时需根据设备和人员投入情况合理规划场地空间面积和最大用电负荷2工作平台需选择结构稳固的工作平台，平台尺寸不低于1.5m×1.2m3进出通道应符合GB/T23863的要求4光照应符合GB/T23863的要求5采集设备拟选用的采集设备需满足采集相关技术要求安全保障开展文物数据采集应满足以下安全保障要求：a)文物搬运及采集过程，文物移动或姿态调整均须由相关文物管理人员完成，采集人员严禁直接触碰文物；b)采集场地宜选择独立空间，场地内具备电源等设施，其最大用电功负荷应满足采集设备等相关要求；c)放置文物的采集平台应稳固可靠，采集过程应避免无关人员进出采集场地；d)文物采集应选择非接触式仪器设备；e)文物影像拍摄，宜采用高显色性，低热量散发并具备紫外屏蔽装置的冷光源；f)应合理规划采集安排，及时进行数据质量检查，避免文物反复提取；g)文物数据应及时整理存储并进行备份。采集工作点云数据采集对点云数据的平均点间距、最大点间距、测量精度、数据完整性和数据格式进行规定；对扫描数据质量检查进行规定。不同等级点云数据要求如下：表4点云数据指标级别名称存档类（一级）存档类（二级）测量精度≤0.01mm≤0.03mm平均点间距0.05mm0.2mm最大点间距0.2mm0.5mm数据完整性100％100％点云噪声≤1％≤3％点云真实性100％100％数据格式*.xyz*.xyz每件文物点云数据采集完成，应及时进行以下检查：数据文件名称命名准确无误；套件文物单体数量应采集完整；点云数据应完整覆盖文物可见外表面；平均点间距、最大点间距数值应在指标限值内；点云数据无分层且位置正确；点云数据真实准确；点云噪声、存储格式应满足要求。检查发现质量问题后，应立即进行重采或补采。点云数据检查合格后应及时填写文物点云数据质检表，见表A.1。影像数据采集对影像数据的像素、旁向和航向重叠度、空间分辨率和数据格式进行规定；对影像数据质量检查进行规定。表5纹理影像技术指标级别名称存档类（一级）存档类（二级）像素≥5000万≥3600万旁向及航向重叠度≥50％≥50％空间分辨率≤0.03175mm≤0.042mm数据格式raw/*.jpgraw/*.jpg每件文物影像数据采集完成，应及时进行以下检查：文物名称等信息准确无误；套件文物单体数量应拍摄完整；影像数据清晰区域应完整覆盖文物可见外表面；应根据环境光影拍摄标准色卡；影像旁向及航向重叠度应满足指标要求；像素实际尺寸（空间分辨率）应满足指标要求；影像感光度（ISO）应为数码相机最低值；光圈（F）数值应为12至22之间；影像曝光应准确、均匀；影像应同时存储raw和jpg格式。检查发现质量问题后，应立即进行重采或补采。纹理数据检查合格后应及时填写纹理数据质检表，见表A.2。数据加工存档类三维素模制作对三维素模完整度、尺寸误差和数据存储格式进行规定。对三维素模数据质量检查进行规定。表6三维素模技术指标级别名称存档类（一级）存档类（二级）完整度100％100％尺寸误差≤0.01mm≤0.03mm数据格式*.obj*.obj每件文物存档类三维素模制作完成，应及时进行以下检查：数据应完整；模型无重叠面、无大于120°钝角三角网格；尺寸误差应在指标限值内。存档类纹理模型制作对纹理模型的贴图空间分辨率、纹理色差、与网格模型映射的位置误差、完整度、数据存储格式进行规定。对纹理模型数据质量检查进行规定。表7纹理模型技术指标级别名称存档类（一级）存档类（二级）空间分辨率≤0.03175mm≤0.042mm像素大小单张4096*4096（数量不限）单张4096*4096（数量不限）纹理色差CIEDE2000色差平均值≤2.0CIEDE2000色差平均值≤3.0纹理映射误差≤0.1mm≤0.2mm完整度100％100％数据存储格式*.obj*.obj每件文物存档类纹理模型制作完成，应及时进行以下检查：数据应完整；模型UV利用率应高于80％；模型贴图应清晰可辨，对比度、饱和度适中，无明显偏色；纹理无拉伸、无明显拼接缝；空间分辨率、像素大小、纹理色差和映射误差应在指标限值内。应用类三维素模制作对三维素模完整度、尺寸误差和数据存储格式进行规定。表8三维素模技术指标级别名称应用类（一级）应用类（二级）模型网格面数量≤500万≤1万完整度100％100％数据格式*.obj*.obj每件文物应用类三维素模制作完成，应及时进行以下检查：数据应完整；模型无重叠面、无大于120°钝角三角网格；模型网格面数量、尺寸误差应在指标限值内。应用类纹理模型制作对纹理模型贴图像素尺寸、空间分辨率、完整度、数据存储格式进行规定；对数据质量进行评估约定。表9应用类纹理模型技术指标级别名称应用类（一级）应用类（二级）空间分辨率=存档类无像素大小单张4096*4096单张4096*4096纹理色差=存档类无纹理映射误差=存档类≤2mm完整度100％100％数据存储格式*.fbx*.fbx每件文物存档类纹理模型制作完成，应及时进行以下检查：数据应完整；模型UV利用率应高于80％；模型贴图应清晰可辨，对比度、饱和度适中，无明显偏色；纹理无拉伸、无明显拼接缝；空间分辨率、像素大小、纹理色差和映射误差应在指标限值内。质量检查方法表10成果质量评估办法级别名称存档类（一级）存档类（二级）应用类（一级）应用类（二级）检查内容点云数据、纹理数据、三维素模、纹理模型点云数据、纹理数据、三维素模、纹理模型三维素模、纹理模型三维素模、纹理模型检查方法点云间距：查验数据指标；测量误差：测量数据指标与文物实物对比；完整度：肉眼检查；纹理像素：查看数据属性；纹理色差：CIEDE2000色差公式检验；纹理映射误差：测量数据指标与文物实物对比；空间分辨率：测量实物数据，利用近景摄影测量公式计算核验。点云间距：查验数据指标；测量误差：测量数据指标与文物实物对比；完整度：肉眼检查；纹理像素：查看数据属性；纹理色差：CIEDE2000色差公式检验；纹理映射误差：测量数据指标与文物实物对比；空间分辨率：测量实物数据，利用近景摄影测量公式计算核验。模型网格面数量：查验数据指标；完整度：肉眼检查；贴图像素：查看数据属性；空间分辨率：测量实物数据，利用近景摄影测量公式计算核验。模型网格面数量：查验数据指标；完整度：肉眼检查；贴图像素：查看数据属性。成果提交成果整理对存档类原始数据、纹理模型数据和应用类一级、二级纹理模型数据的建档与命名进行规定：图2数据存档目录与文件命名规则成果归档对成果归档内容、归档形式进行规定：应包含数据成果和其他成果；数据成果包括原始数据、纹理模型等；其他成果包括工作照、工作视频、数据质检表等资料；数据成果和其他成果均采用双备份形式分开存储，确保数据安全。成果应用——存档类一级数据宜用于文物数字化存档、文物复仿制、数字拓印、3D打印等应用；——存档类二级数