كيف أن 3d Scanning هو تحسين الصلاحية للإنشاءات في مواقع التراث

مقدمة

فالمواقع التراثية تمثل صلة ملموسة بالتاريخ البشري، ولكنها تواجه تهديدات مستمرة من التحلل الطبيعي والصراع والتغير البيئي، فالطرق التقليدية للخيوط اليدوية السحب والصور والقياسات المادية التي كثيرا ما تكون قاصرة عن استيعاب التعقيد الكامل للهياكل القديمة، ويمكن أن تؤدي أخطاء التدفق البسيط في القياس إلى عدم الدقة في إعادة الصلاحية، بينما يؤدي الاتصال المادي بالسجلات الهشة للحفظ إلى حدوث أضرار.

ما هو 3D مسح؟

وتشمل المسح الثلاثي الأبعاد مجموعة من التكنولوجيات التي تلتقط شكل وظهور الأجسام المادية، والطريقة الأكثر شيوعا المستخدمة في سياقات التراث هي مسح الليزر (LiDAR) ومسح التصوير الضوئي، وتنتج الصور المصورة بواسطة جهاز مسح لازري من الضوء على سطح، وتضع الوقت اللازم للعودة، وتولد سحابة من الإحداثيات.

مسحة لازر (LiDAR)

(LDAR) (Light Detection and Ranging) scanners can capture up to millions of points per second, making them ideal for large-scale monuments. Terrestrial laser scanners are commonly set up at various positions around a site to cover all faces. The resulting point cloud is then registered into a single coordinate system using reflective targets or natural features. For example the scanning of the [Fre:0]

مقياس التصوير

ويوفر التصوير بديلا فعالا من حيث التكلفة يمكن أن يُؤدى بكاميرات وطائرات بدون طيار من درجة المستهلكين، إذ أن أخذ مئات الصور العالية الاستبانة وتجهيزها ببرامج مثل " أغيسوفت ميتشاب " أو " ريستات " ، يمكن للمستعملين أن يولدوا نماذج مفصلة، غير أن الدقة تتوقف على ظروف الإضاءة، ومعايرة الكاميرا، وتعقيد المسح الأرضي.

النواتج والبرمجيات

وتُحفظ البيانات المتعلقة بالمسح الشعاعي عادة كسحابات للنقطة (PLY, LAS, E57 formats) ثم تُحوَّل إلى نماذج مصغرة أو رسوم للضغط على الأشعة السينية (CAD)، وتُزيل البرامجيات المتخصصة مثل Autodesk ReCap ، ، وأدوات الفرز المفتوح [

الفوائد الرئيسية لمسح 3D في حفظ التراث

الدقة والفحص غير المطابقين

ويعتمد أسلوب المسح التقليدي على القياسات اليدوية التي تنطوي على خطأ تراكمي، ويترجم خطأ بنسبة 1 في المائة على جدار يبلغ 50 مترا إلى تفاوت في الـ 50 سنتيمترا، مما يمكن أن يضر بشدة بعملية إعادة البناء.

الوثائق غير المتعلقة بالانتشار

وكثيرا ما تكون مواقع التراث هشة، كما أن أساليب الاتصال التقليدية - تقطع القالب، وقياس الأشرطة، أو سبب الشفاه - الكان يرتدى.

المحفوظات الرقمية الدائمة

مواقع التراث المادي معرضة للزلازل والنهب وتغير المناخ والصراع، ويستخدم التوأم الرقمي كسجل لا يمكن تخزينه في مواقع متعددة ويستخدم في البحوث المقبلة حتى إذا كان الأصل قد أُصيب أو دُمر، وقد بذلت منظمات مثل CyArk جهوداً عالمية لحرق المواقع المهددة بالانقراض مثل [النموذجانكليزي]

الوصول الافتراضي والتعليم

وبعد إنشاء نموذج 3D، يمكن نشره على منابر الإنترنت، أو الرؤوس الواقعية الافتراضية، أو الأجهزة المتنقلة لجلب مواقع التراث إلى الجماهير التي لا تستطيع السفر، كما أن مؤسسة سميثسونيان للتراث الافتراضي، قد أطلقت آلافا من الفحوصات الفنية الثلاثية الأبعاد والمعالم التي تتيح للطلاب إمكانية الحصول على نماذج متحركة.

رصد التخلف عبر الزمن

ويسمح المسح المكرر للموقع نفسه على فترات مختلفة للمحافظين بتحديد كمية تآكل النفايات من المطر الحمضي، أو التصدع من الدورات الحرارية، أو التشريد من التخريب، ويصبح من الممكن قياس معدل فقدان الغطاء النباتي في جزء من مليمتر، ويفيد هذا الاختلال في الصيانة الوقائية: إذا تبين حدوث تدهور محدد في أجزاء من الجدار، يمكن أن تكون التدخلات المستهدفة مستهدفة.

التطبيقات العالمية الحقيقية: دراسات حالات إفرادية في إعادة بناء التراث

نوتردام كاتدرائية، باريس

وقد أدى الحريق المدمر الذي وقع في نيسان/أبريل 2019 إلى تدمير سقف ووحة نوتردام، ولكن بقاء الكاثدرائية قد ساعده مسح شامل للليزر أجراه الدكتور أندرو تالون في عام 2010، حيث أن سحابة نقطة التقاط كل سطح داخلي وخارجي مع ختان مليمتر، أصبحت المخطط الأساسي لإعادة البناء.

مدينة بيترا القديمة، الأردن

وقد تم مسح خزانة النفط (الخصائص) والدير (الدير) بواسطة فرق متعددة تستخدم كلا من الباحثين في معهد البحوث والتدريب والتصوير الضوئي، وقد قامت مؤسسة العلوم الوطنية التابعة للمؤسسة الوطنية () بتمويل مشروع لوضع نماذج عالية الاستبانة للمدينة بأكملها، بما في ذلك الآثار الرقمية الخفية للزات وتقنيات الفيضان المخفية.

ماتشو بيتشو، بيرو

وفي عام 2018، استخدم فريق بيروي ودولي مشترك مقياساً للأشعة الضوئية للطائرات بدون طيار ومسح الليزر الأرضية لإنتاج أول نموذج مُراجع جغرافياً بالكامل من ملاذ ماتشو بيتشو بأكمله، كما أن المسح الذي تم لا يقتصر على البلازما المركزية المعروفة جيداً بل أيضاً على التضاريس الزراعية ونظم الصرف الصحي والحجرات، وذلك بمقارنة النموذج بالصور التاريخية، حدد المحافظون نشاطاً علاجياً.

أنكور وات، كمبوديا

وقد ساعد صندوق التراث العالمي و] صندوق المعالم التذكارية العالمية على إجراء مسح ثلاثي الأبعاد لتوثيق المعابد الكبيرة في الأنغور وات، حيث تم توسيع نطاقها لمئات المترات، وكانت أساليب الفرز التقليدية تسبب في حدوث تقلص، مما أدى إلى وضع صورة بديلة غير ملوثة.

التحديات والحدود المتعلقة بالتجارة لأغراض التراث

التكلفة وإمكانية الحصول على المعدات

ويمكن أن تُكلّف أجهزة المسح الراقية الراقية عشرات الآلاف من الدولارات، وتضيف تراخيص البرمجيات المتخصصة نفقات متكررة، ففي كثير من البلدان النامية التي تأوي مواقع تراثية كبيرة، يحد هذا الحاجز المالي من الاعتماد، وفي حين أن قياس الصور يقدم بديلا أرخص، فإنه يتطلب تشغيلاً مهرة وسلطة حاسوبية واسعة النطاق لتجهيز مجموعات بيانات كبيرة.() ولا تزال المبادرات التعاونية مثل أدوات الحفظ الأساسية(3).

الخبرة التقنية والتدريب

ويقتضي تشغيل جهاز مسح ثلاثي الأبعاد وتجهيز البيانات الناتجة مزيجا من المعارف المتعلقة بالمسح والمهارات الحاسوبية وفهم المواد التراثية، ويمكن أن يؤدي سوء التنفيذ إلى وجود ثغرات أو أخطاء أو ضوضاء غير مباشرة تقوض الدقة، وعلاوة على ذلك، فإن تحويل الغيوم إلى نواتج مفيدة )النموذجات الحديثة، أو التقليد، أو أهداف نظام بي إم( يتطلب معرفة مجموعات البرامجيات المتعددة.

إدارة البيانات وتخزينها

A single scan of a medium-sized church can generate Giabytes of data; a full city survey may exceed a terabyte. Managing, storing, and backing up these files demands robust IT infrastructure and long-term institutional commitment. Without standardized metadata and archiving practices, valuable scans can become inaccessible as file formats or storage media degrade. The Archaeological Data

Environmental and Site Constraints

ويمكن أن تعوق الظروف الميدانية المسح: فالضوء الشمسي المشرق يتداخل مع بعض الماسحات الضوئية للزر، بينما يقلل الضباب أو الغبار من جودة التصوير، كما أن النباتات الكثيفة أو المياه المعاكسة أو الزجاج الشفاف جداً (العالم في الهياكل الحديثة) تشكل تحديات، وفي المواقع النائية أو الخطرة - مثل الدير من جانب الزائف أو مناطق الحرب التي تُسدّد المسح الثلاثي أو أساليب التطهير غير العملية قد تكون أحياناً غير عملية.

الاعتبارات الأخلاقية والاعتماد المفرط على الرسوب الرقمي

وهناك مناقشة متزايدة حول ما إذا كان من الممكن أن تؤدي نماذج الـ 3D العالية الجودة إلى تثبيط جهود الحفظ المادي أو توعية الجمهور بفقدان المواقع الحقيقية، ويدفع بعض المنتقدين بأن الجولات الافتراضية غير الملزمة يمكن أن تقلل من تمويل الحفظ على الأرض أو أن الاستعادة الرقمية يمكن أن تستخدم لتبرير التدخلات المدمرة (مثلاً، الرمل على واجهة مُتجوّة لتطبيق نص جديد " دقيق " يستند إلى النموذج 3، ينبغي أن يؤكد الحفظة التراث التقليدي.

الاتجاهات المستقبلية: أين هو 3D مسح الرأس؟

التكامل مع الاستخبارات الفنية

ويجري تطوير خوارزميات تعلم الآلات من أجل التلقائية في سحابات من نقاط القطع إلى ملامح معمارية - جدران، أعمدة، نوافذ، أسطوانات على السطح - تقلل في الوقت الراهن من وقت الشروح اليدوي، ويمكن أيضاً أن تكتشف الشذوذ (مثلاً، الشق، أنماط الطقس) عن طريق مقارنة نموذج شعاعي أو ضد المسح الضوئي السابق، نماذج من قبيل خريطة البناء التي تحتاج إلى تفتيش.

مسح الزمن الحقيقي وعلم الواقع على الموقع

ويمكن للأجهزة المحافظة، إذا اقترن بنظارات الواقع المعززة، أن تنظر إلى الإفراط الرقمي في التصميم الأصلي أو مراحل الإصلاح السابقة، مع الوقوف أمام الهيكل الفعلي، وهذه القدرة " التطلعية " تساعد على تحديد العناصر المفقودة، أو القطع غير الموضعية، أو التعديلات.

التعاون بين السود والديمقراطية

ويمكن للمساهمين في برامج مثل Sketchfab و Autodesk’s BIM 360 أن يسمحوا للأفرقة في جميع أنحاء العالم بالنظر إلى نماذج حفظ البيانات ذات الجودة الافتراضية، وأن يحرروا نماذج الازدهار 3D في وقت واحد، مما يعجل التعاون الدولي بشأن مشاريع التراث المشترك، مثل الكاميرات المزدوجة في مجال حفظ البيانات.

تحليل المواد المتقدمة

ويمكن أن تشمل أجهزة المسح 3D في المستقبل أجهزة استشعار متعددة الأطياف أو ذات طابع فائق، لا تلتقط مجرد الهندسة بل أيضاً تركيبة مادية، ويمكن لهذه الأجهزة أن تحدد أنواعاً مختلفة من الأحجار، أو مجالات النمو البيولوجي، أو مخلفات الطلاء التاريخي دون أخذ العينات، وتُقدّم هذه المسحات، إلى جانب بيانات دقيقة من شكل 3D، توأم رقمي كامل يشمل المعلومات المادية والكيميائية.

خاتمة

إن ثلاثة أماكن متنوعــة، قد غيرت بشكل أساسي كيفية حفظ مواقع التراث وتحليلها وإعادة بنائها، ومن خلال توفير دقة مقياس فرعي بطريقة غير متفتحة، فإن ذلك سيزيل الكثير من التخمينات والمخاطر الكامنة في الأساليب التقليدية، ويضمن حفظ المحفوظات الرقمية الدائمة للمواقع التي تتجنب الخسارة ويجعلها متاحة لجمهور عالمي، بينما تتيح المسحات المتكررة رصدا دقيقا للتركة.