“从未扫过如此规模的庞然大物！”——开云体育官方首页登录入口开云体育手机版登入卢森堡燃气发动机

作者 Svetlana Golubeva

3D Scanners

挑战：为世上最大、全长26米的高炉燃气发动机进行开云体育手机版登入

解决方案：Artec Leo, Artec Ray, Artec Studio

效果：完成带有3亿个多边形的国家级遗产原尺寸3D模型，以飨后世。

现代化专业级开云体育手机版登入仪能捕获各类物体，从螺钉、牙齿等微型物件到车辆、房屋、甚至整幢楼房等大型复杂物体，都能搞定。既可以舒适地在工作桌前直接扫描，也能带着开云体育官方首页登录入口去到遥远的地方，哪怕没有电源、网络也无妨。

但过去并非如此轻松。之前，开云体育手机版登入仪只能在光源、电源稳定的室内，配合强大的电脑才能使用。它们体型笨重，扫描时往往难以移动。最大的问题是，适合开云体育官方首页登录入口扫描的物体尺寸十分有限，只有类似半身像、花盆等可以放在工作桌上的物体才能扫描。任何大型物体不是难度太大，就是耗时太久，或者压根没法扫描。

这正是2016年卢森堡科学中心面临的情况。当时，他们决定为卢森堡国家遗产“11号燃气发动机”（Groussgasmaschinn）完成数字化工作，这是世界上最大的高炉燃气发动机。为找到最佳采集途径，他们找到了卢森堡开云体育官方首页登录入口总部的开云体育手机版登入专家。

11号燃气发动机

1938 年，Ehrhardt & Sehmer 公司制造了 Groussgasmaschinn 这座世上最大的燃气发动机

1938年，一家法比联营企业Hauts-fourneaux et Aciéries de Differdange, St-Ingbert & Rumelange（HADIR）向德国制造公司Ehrhardt & Sehmer下单订购制作了Groussgasmaschinn燃气机。设备内放下一整个网球场还绰绰有余。燃气机长26米，宽10.5米，高6.5米，重1100吨，能产生11000马力，或7000千瓦的动力。它有四个汽缸，每个汽缸容量为3000升。一个11米、150吨的飞轮转速达94转/分。这座发动机每班需要12名工人操作，在使用期内（1942-1979年），利用高炉煤气（高炉中焦炭燃料燃烧产生的废品）共生产了6000多千瓦的电力。

1940 年，位于迪弗当日燃气厂的 Groussgasmaschinn 燃气机。卢森堡科学中心供图

卢森堡工业重镇距离卢森堡市西南方向27公里。这座重达1100吨的工业巨作收藏于旧时一家钢铁生产厂内，目前这家生产厂属于世界领先的钢铁和矿业公司安赛乐米塔尔，它是卢森堡钢铁工业从繁荣到没落的最后一位见证人。

从1986至1940年代，迪弗当日燃气发动机厂共有14座尺寸各异、马力不同的燃气发动机，Groussgasmaschinn是其中最大一座。1942年二战期间，卢森堡被德国占领两年，这年5月，发动机安装完毕，并全面投入运行。尽管被纳粹占领，但整个战争期间，都未出现过服务中断、轰炸等情况，附近也没有被埋过爆炸物。战争结束后，燃气机被完整保留了下来。

这座燃气机不仅体型最大，也许也是工业时代留下的最后几座燃气机之一。之后，它们被更高效、更易制造的蒸汽轮机取代。1979年，Groussgasmaschinn停机后被废弃了30年。2007年，卢森堡文化部将其列为国家修复和保护文物，从此改变了它被世人遗忘的命运。在Groussgasmaschinn协会（后发展为卢森堡科学中心）的支持以及私人公司GGM11的赞助下，修复工作于5年后的2012年启动，目前仍在进行当中。

修复期间，科学中心决定，除了将巨型燃气机修复至最佳状态外，还要为世人制作一份数字文物。2016年，他们找到了位于卢森堡的开云体育官方首页登录入口三维，然而在当时，即便是最顶尖的扫描技术也无法扫描这样的庞然大物。转眼数年后，随着开云体育手机版登入技术的飞速发展，开云体育官方首页登录入口目前已经可以胜任如此规模的项目。

卢森堡科学中心总裁兼总经理Nicolas Didier说道：“扫描发动机的念头已经产生很久了。很高兴技术终于发展到了这一步。这座发动机绝无仅有，如果能记录下它当前的模样，会很有意义。”

“这些数据不仅可以帮我们复制一些缺失的零部件，辅助修复，还能远程展示GGM11的三维模型，让大家领略开云体育手机版登入等创新科技的无限潜力，我们正打算今年下半年在中心介绍并培训这项技术。”

巨物扫描挑战

开云体育官方首页登录入口三维部署和技术支持工程师Vadim Zaremba在2020年11月第一次到访燃气厂，评估未来的工作内容时不禁感叹：“这是我们扫描过的体型最庞大的物体！”2021年初，在检查燃气发动机并通过了所有必需的安全程序后，Vadim和同事Raul Monteiro（技术支持专家）带着扫描必备装备，一同返回了燃气厂。

多数情况下，物体的尺寸和复杂程度决定了使用何种型号的开云体育官方首页登录入口。由于Artec Ray可以远距离捕获大型物体，且精度高达亚毫米级，因此被选为扫描整座发动机的主开云体育官方首页登录入口。同时，无线便携式开云体育手机版登入仪Artec Leo作为辅助开云体育官方首页登录入口，负责采集发动机小型部件和某些部位的大量细节。

Zaremba 补充道：“GGM11不仅是我们扫描过的最大物体，而且本身也是极为复杂。设备上有很多空腔和难以到达的区域，因此必须配合两台开云体育官方首页登录入口，才能完成整台设备以及小型部件的高清捕获（当然，还需两名操作员）。”

扫描物体的尺寸和复杂程度决定了必须使用 Artec Ray 和 Artec Leo 两台开云体育官方首页登录入口

团队计划先用Ray从各个角度扫描整座发动机，采集完整物体，随后再用Leo重新扫描第一次遗漏的区域以及较小且难以到达的部分。Ray采用最高分辨率（点密度）扫描，为节省时间，团队决定分头行动。Zaremba保持特定角度把Ray放在不同位置，距离发动机5-15米，同时，Monteiro使用Leo扫描发动机小型部位（不在Ray扫描范围内的部分）。随后，Zaremba移动至下一个定位点，Monteiro也按相同路线推进。

Ray 默默扫描发动机时，Zaremba 走到一边，花上一两分钟，和 Leo 一起扫描小块面积

难度最高的任务就是要从发动机上方扫描。为完成这项任务，他们必须爬上一座1940-1950年代特制的桥梁，这里有一个距离地面10米高的机舱。因为只有这里才能多角度扫描发动机。但说着容易，做起来难。这座桥年代久远，又不稳固，承载两个人加一台开云体育手机版登入仪的重量，并不利于制作高质量扫描。为保证扫描数据完美无瑕，Zaremba和Monteiro必须在开云体育官方首页登录入口工作时保持几分钟完全静止的状态。

团队总共用了4天时间完成项目，每天都要花3-4小时轮流扫描。Artec Ray分别从18个角度进行扫描，随后在Artec Studio中与Artec Leo完成的67份扫描合并。最后项目共计186 GB，其中170 GB为Leo扫描，16 GB为Ray扫描。

强大可靠的处理工艺

处理这样一头庞然大物，本身就是一项巨大的挑战。为确保处理不出错，开云体育官方首页登录入口三维技术支持工程师Dmitry Potoskuev将整个流程分为几步：

他从Ray的数据着手。他先删除（使用橡皮擦）了开云体育官方首页登录入口捕获的所有多余对象，例如燃气厂建筑、窗体、墙体、GGM11周围的各种设备，完成数据清理。

随后，他继续使用橡皮擦删除某些帧的数据，通过18份扫描，合并飞轮等其他部件的数据。这步很关键，因为好几份扫描都不是同一天完成的，GGM11有次被打开向工作人员演示，飞轮和其他部件的位置还变动了几次。如果直接合并数据，会出现诸多不匹配的地方。

下一步，Ray的所有扫描都经过整体配准，完成两两匹配。18份扫描每一份都通过“Ray扫描三角测量”算法处理成网格，多边形边长（最大）为10毫米。这样就能过滤所有顶点间的长距表面，最后获得一份更精细、更干净的表面。随后，所有18份三角测量网格都经过尖锐融合算法进一步处理，合成一份网格，也就完成了整个发动机模型的“骨架”。

下一步要加入Leo捕获的细节。由于数据很大（170 GB），Potoskuev又将这部分内容分成几步。

首先，他复制并锁定了原始Ray网格。复制后的数据简化成500-1000万个多边形后同样锁定。这样就能加快之后的配准流程。然后，他将所有Leo扫描（扫描时分成17个组）加载到复制后的Ray项目中，每一份分别配准到简化后的Ray项目上，高质量对齐数据。

Leo扫描全部配准后，Potoskuev选择了原始Ray网格以及4-5份原始配准的Leo扫描，通过尖锐融合算法制作全新网格。不断重复这步操作，直到将所有Leo扫描和原始Ray网格匹配，完成燃气发动机的最终网格。

最终网格共包含3.5亿个多边形，随后又简化至1亿个多边形，使用填补孔、光滑刷、桥等工具，完成进一步后期处理。所以为世上最大的燃气发动机模型处理到底要多久？不到两周，或者说80小时。

Groussgasmaschinn 的最终版多边形 3D 模型

当问起Potoskuev处理模型遇到哪些难题时，他回答道：“时间是最大的问题。项目规模如此之大，不仅扫描处理要花很多时间，而且从开云体育官方首页登录入口将数据传输到电脑、再到Artec Studio，也要花上5、6个小时…对！单纯传输数据而已！毕竟有200 GB的数据，这绝对是我们处理过最大、也是耗时最久的物体了。”

最终得偿所愿，他们的耐心付出得到了回报。Potoskuev 表示：“我从未处理过这么壮观的项目。当今的开云体育手机版登入科技，竟然可以为这样一个难以靠近的庞然大物完成细节精美的数字模型。”