وقد تحول المسح 3D خلال العقد الماضي من أداة صناعية متناهية إلى حجر الزاوية في الحفاظ على الماضي واستعادته، حيث أن استخلاص نماذج رقمية من المليمترات من هياكل مثل المعابد القديمة، والكاتدرائية العصور الوسطى، والمباني الاستعمارية، والمحافظين، والمؤرخين، قد يؤدي الآن إلى إيجاد قدرات غير مسبوقة على توثيق وفحصها والتدخل بأقل قدر من الصور المادية على التراث نفسه.

ما هي تقنية المسح 3D؟

والمسح ٣ دال هو عملية استخلاص الشكل الجغرافي والظهور السطحي للجسم المادي أو البيئة باستخدام أجهزة استشعار وكاميرات متخصصة، مما ينتج عنه من بيانات - يمكن معالجة نقطة الكثافة - إلى نموذج سطحي ثلاثي الأبعاد أو رقمي يمثل بنية صادقة للدقة في مقياس فرعي، وفي سياقات التراث، يتم أشيع إجراء المسح الضوئي باستخدام أحد ثلاثة تقنيات أساسية هي: اللازر.

(أ) استخدام جهاز قياسي متعدد المقاييس ((TLS)([FLT:]) لقياس المسافات التي تقطعها على السطح المحيط، ومسحها عبر الهدف لتوليد الملايين من نقاط القياس في الثانية.

وبصرف النظر عن هذه التقنية، فإن الناتج سجل رقمي غني يمكن حفظه وتبادله وتحليله بطرق لا يمكن قياسها بالرسومات أو الصور التقليدية المقومة باليد، وكثيرا ما تُجهز البيانات في برامجيات نموذج المعلومات المتعلقة ببناء المعلومات أو نظم المعلومات الجغرافية لتيسير التكامل مع أدوات البحث والتخطيط الأخرى.

تطبيقات التحفظ وإعادة التأهيل

الوثائق والمحفوظات التفصيلية

إن أكثر استخدامات المسح 3D هو إنشاء سجل خط أساس شامل لحالة الهيكل الحالية، وقبل أن يبدأ أي عمل لإعادة البناء، يمكن للمحافظين أن يفحصوا المبنى بأكمله داخله وخارجه، ويلتقطوا كل شعاع، عمود، شق، وحفره، وهذا التوأم الرقمي يمثل مرجعاً موثوقاً للمقارنة في المستقبل، ويتيح إجراء تغييرات طفيفة - مثل المستوطنات الجارية، أو النمو البيولوجي، أو الضرر المائي - التي تكتشفها عوامل كثيرة من جراء تجاوزها.

تقييم الأضرار والتحليل الهيكلي

وعلى عكس العيون البشرية أو حتى الصور المصورة القياسية، يمكن للمسح الشعاعي 3D أن يكشف عن شذوذ هيكلي خفيف، مثلاً، قد يعرض الأشعة الكئيبة لجدران غير قابل للتأثر من الأرض، أو يكشف عن نمط من الشقوق الشائكة التي تدل على حركة المؤسسات، إذ يمكن للمهندسين أن يستوردوا السحابة إلى برامجيات تحليلية للعناصر المحددة لتحفيز مسارات التحميل، أو القدرة على الصلازل، أو التوسع الحراري، أو القرارات التي لا تنطوي على التك، أو على التقوية، أو على أساس اضطرابات.

التخطيط لإعادة البناء وإعادة البناء الافتراضي

وعندما تختفي أجزاء من المبنى أو تتضرر بشدة من الإصلاح، يتيح المسح 3D إعادة البناء بالدقة واحترام التصميم الأصلي، فعلى سبيل المثال، يمكن إعادة تشكيل هيكل البقعة أو الخزنة المنهارة رقمياً بعكس الأجزاء الباقية على قيد الحياة، وإعادة تحديد الصور التاريخية أو الرسومات، ثم عرض النموذج في الفضاء الحقيقي عن طريق زيادة النسيج في الموقع.

المشاركة العامة والتعليم والوصول الافتراضي

وفيما عدا المهنيين في مجال حفظ الطبيعة، فتح المسح 3D سبلا جديدة للاتصال العام، ويمكن تبادل نماذج الاستبانة العالية عن طريق منابر إلكترونية (مثل بوابات تراث سكاتش فاب أو بوابات تراث ملكية) تتيح لأي شخص له صلة بالشبكة الدولية استكشاف مواقع هشة مغلقة للزوار، وتستخدم المتاحف والمواقع التاريخية نسخاً مستنسخة برقم 3D من أجل إقامة معارض قابلة للتأثر، كما أن هناك غرفاً تاريخية للحفظ.

التكنولوجيات والمعدات الرئيسية

ويتوقف اختيار الأجهزة الجاهزة على حجم الموقع وتعقيده وظروف الوصول إليه، ويقلل ذلك من أكثر الأدوات شيوعا المستخدمة في مشاريع التراث.

كشافة لاسر أرضي (LiDAR)

وقد تكون أجهزة المسح بالليزر الأرضية )التي تسمى وحدات ليدار( هي مجموعة من الوثائق الواسعة النطاق، كما أن الوحدات الحديثة مثل سلسلة ليتشا RTC360 أو مجموعة فولاكس تتيح إمكانية الوصول إلى عدة مئات من المترات، والكشف عن الألوان، والمسح السحابي للكميات، والتصوير الجامح، والتصوير المغناطيسي للكميات، والتصوير الفوقية، والتصوير الفوقية،

أجهزة مسح يدوية ومتنقلة

أما بالنسبة للأجسام أو الأماكن الضيقة التي يكون فيها الماسح الثلاثي غير عملي، فإن الوحدات اليدوية مثل آرتيك ليو أو إينسكن برو HD مثالية، وتستخدم هذه الأجهزة أجهزة استشعار مهيكلة للضوء أو بالأشعة تحت الحمراء لالتقاط الهندسة في نطاق قريب (نحو 0.3 متر - 3 م) مع رسم خرائط للنسيج باستخدام كاميرات مثبتة.

تصوّر الصور المحتوية على طائرة بدون طيار وجهاز ليدار

وقد أصبحت المركبات الجوية غير المأهولة المجهزة بكاميرات عالية الاستبانة أو أجهزة استشعار للدي آر ذات الوزن الخفيف لا غنى عنها لمسح مجمعات تراثية كبيرة، لا سيما تلك التي لديها أبراج طويلة أو هياكل سطحية غير آمنة للوصول إليها عن طريق الاختناق، كما يمكن للطائرة الآلية أن تلتقط مئات الصور المتداخلة في ساعة، ثم تُجهز في نموذج مفصَّل لمسح الأرض المجف أو مُدَفَعَعَر.

المزايا والحدود

الدقة والتجزئة غير المطابقة

ويجمع المسح ٣ دال المعلومات التي تتجاوز قدرات القياس البشري، ويمكن أن يسجل المسح الوحيد ملايين النقاط، التي تبلغ دقتها ٢-٦ ملم على نطاق قياسي، مما يكشف عن عدم وجود قاعدة فرعية من طابق الكنسية في القرون الوسطى أو علامات الديزل على عمود روماني، وهذا الدقة لا يقدر بثمن بالنسبة لإنشاء وثائق البناء من أجل إعادة استخدامها، حيث يُعد كل ملليمتر من أجل تحقيق التأقلم الهيكلي والتاريخي.

جمع البيانات غير الغازية

ونظراً لأن المسح خال من الاتصال، فإنه لا يشكل خطراً على المواد الهشة أو القابلة للاحتراق، ولا حاجة إلى سدّاد أو غسيل أو أدوات مُدمِّرة لمس السطح، ويمكن إنشاء المعدات على مسافة محترمة، وهذا أمر بالغ الأهمية بالنسبة للهياكل ذات النمو البيولوجي النشط (مثلاً، الحجر المغطى بالليشن) أو المناطق التي تم تثبيتها بأماكن الرعي التي لا يمكن تحمل وزنها.

المحفوظات الرقمية والتقاسم

إن الغيوم والمسدسات النقطتين هي أصول رقمية يمكن تخزينها بصورة دائمة، وتنسخها دون فقدان الجودة، وتتقاسمها في جميع أنحاء العالم، وهذا يضمن أنه حتى إذا فقد الهيكل المادي للحرب أو الزلازل أو الحريق، فإن سجلاً عالياً للصمود في المستقبل من المنح الدراسية، أو إعادة البناء الافتراضي، أو إعادة البناء المادي المحتمل، وقد هددت منظمات مثل ساي أرك (وهو جزء من منظمة التراث الثقافي) وبرنامج إنتاج الألوف.

التكاليف وكفاءة التوقيت

وفي حين أن الشراء الأولي لمعدات المسح المهني يمكن أن يكون مرتفعا )عشرات الآلاف من الدولارات(، فإن التكلفة لكل مشروع تنخفض بشكل كبير بالمقارنة مع أساليب المسح اليدوية التقليدية، ويمكن لفريق من اثنين أن يفحص كنيسة متوسطة الحجم في غضون أيام قليلة، في حين قد يستغرق فريق من أربعة أسابيع لإنتاج ارتفاعات قابلة للمقارنة في السحب اليدوي، وعلاوة على ذلك، يمكن إعادة استخدام البيانات لتلبية احتياجات متعددة: التحليل الهيكلي، والتوعية، والرصد، والمواد التفسيرية - كلها من ميدان واحد.

القيود والتحديات

ولا توجد تكنولوجيا بدون عيوب، إذ يولد المسح ٣ ملفات بيانات ضخمة )يمكن أن يتجاوز المسح الكنسي ١٠٠ جي بيزو من بيانات السحب الخام(، مما يتطلب تخزيناً كبيراً، أو تجهيزاً، أو موظفين مهرة لإدارة وتفسيرها، كما أن السطحات الانكماشية )مثل الزجاج المحتوي على مواد مثبتة، ومعدنية مثبتة( والمواد الشفافة )نافذ نظارات( قد تسبب مكملات ضوئية أو غير كاملة.

دراسات حالات إفرادية بارزة

كولوسيوم، روما

كان مسرح (لافيان أففيان) أحد أكثر الهياكل التاريخية المسحة في عام 2011 فريق يقوده جامعة روما (تور فيرغاتا) وموله كبير من الرعاة قام بحملة مسح شامل للليزر في الممرات الداخلية الخارجية والمتاحة، وكشف النموذج الناتج عن تشوهات هيكلية في أعلى سلسلة من التسلسلات التي لم تُعلن، مما سمح للمهندسين بتصميم خطة للتوحيد الرقمي

أنكور وات، كمبوديا

مجمع المعبد في (أنكور وات) كان موضوع وثائق مستمرة من قبل لجنة التنسيق الدولية لحماية وتطوير الموقع التاريخي لـ(أنكور) باستخدام مسح الليزر الأرضي ومسح التصوير بالطائرات الآلية، أنتجت الأفرقة سجلاً مفصلاً جداً من الملجأ المركزي ومجالات الخارجية، وتستخدم هذه البيانات لرصد التدهور الذي تسببه تدخلات (الجو والزائر)

Notre-Dame de Paris

بعد الحريق المدمر في نيسان 2019، أصبح التوأم الرقمي الذي أنشأه مؤرخ الفن الراحل أندرو تالون (الذي فحص الكاثدرائية في عام 2010 باستخدام مسح الليزر) مرجعاً لا يقدر بثمن لإعادة البناء، كما أن سحابة تالون، الدقيقة في غضون بضعة ملليمترات، سمحت للمهندسين المعماريين والمواقف بتحديد الأبعاد الأصلية والأنماط المشتركة والألوان الحجرية.

ماتشو بيتشو، بيرو

The Inca citadel, perched on a narrow ridge in the Andes, poses accessibility and conservation challenges. A 2012 scanning campaign using LiDAR from a helicopter and ground-based photogrammetry produced a digital terrain model that helped identify subtle subsidence in agricultural terraces and drainage patterns. The model is now part of a monitoring program that uses annual drone flights to detect landslide risks.[FLith]

التكامل مع التوائم الرقمية والتراث

فالمسح وحده هو الخطوة الأولى، إذ أن الطاقة الحقيقية تنشأ عندما تجهز الغيوم المتحركة إلى نماذج منظمة تسمى نماذج معلومات البناء التاريخية، وعلى عكس سحابة النقط الخام، فإن نموذجاً من نماذج " بي إم " ينظّم البيانات إلى جدران شبه قياسية، وأعمدة، وقبوات، وعلامات تحتوي على خصائص مثل الفحوصات المادية، والفترة التاريخية، وحالة الحفظ، وتاريخ الحفظ.

الآفاق المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

AI and Machine Learning for Automated Analysis

وبدأت الاستخبارات الفنية في التشغيل الآلي للمهام التي تتطلب كثافة اليد العاملة في مجال تجهيز وتفسير الأشعة المنسوخة، ويمكن أيضا تدريب الخوارزميات التعليمية الآكلة على كشف الشقوق، والإنقاذ، والاستعمار البيولوجي، وغير ذلك من أشكال التدهور مباشرة من بيانات السحاب أو النسيج، وفي العقد المقبل، يمكننا أن نتوقع من جهازا محمولا يتيح لمدرب أو أمين مركز للتحكم أن يمر عبر موقع متضرر.

صواريخ سورمية وأجهزة للتشغيل الآلي

وبدلا من أن تستخدم الحملات القادمة ذبابة منعزلة واحدة لتغطية مساحات واسعة النطاق بسرعة، ويمكن لهذه العواصف أن تلتقط في الوقت نفسه داخل المناطق وخارجها، وتخفض بشدة الوقت اللازم، وتتماشى مع الحاسب الآلي على متن الطائرة، تجهيز وتسجيل الأشعة في الوقت الحقيقي، وتوفير نموذج حي من 360 درجة يمكن أن يفتش فيه المستردون من مركز المراقبة، ويجري اختبار هذه النظم في سياقات صناعية وروتينية.

Citizen Science and Low-Cost Scanning

The democratization of photogrammetry via intelligencephone apps (such as Polycam, Kiri Engine, or RealityCapture) has enabled community groups and small museums to create their own 3D records. While not as precise as professional laser scans, these models are sufficient for awareness, education, and preliminary documentation. Collaborative platforms allow volunteers to contribute scans that are then stitch photo-B

عالم هابيتي وتفاعلي

ومع تطور معدات VR، سيكون بوسع المستعملين أن لا يرون فحسب مواقع تراثية جديدة بل أيضا " عجلات " من خلال قفازات ومناسبات ترددات سريعة، ويمكن للمحافظ أن يمر عبر نسخة رقمية من المعبد الروماني ويختبر الإجهاد على عمود افتراضي، في حين يمكن للسياح أن " يضرب " نجارة قديمة هشة للغاية بحيث تُعالج في الحياة الحقيقية، وهذا الدمج في التفسير الحسي مع بيانات علمية دقيقة.

خاتمة

وقد انتقل المسح من جديد إلى أداة أساسية في ترسانة حفظ التراث، وهو يوفر أخلص الوثائق وأكثرها شمولا، ويتيح التحليل على مستوى الطب الشرعي، ويوجه الاستعادة الحساسة، وينشئ التوأم الرقمي الذي يمكن أن ينجو من التفكك المادي للهيكل الأصلي، وتظل التكنولوجيا تتطور بسرعة وأرخص، وفي الوقت نفسه تصبح أكثر سهولة في الحصول على المعلومات من المجتمعات والمنظمات الصغيرة.