I ty możesz wydrukować tyranozaura
Historyczne rysunki na kamiennych ścianach jaskini Kamukuwaká mogą być odtworzone dzięki skanowaniu przestrzennemu i drukowi 3D. Zdjęcie za pośrednictwem Factum Foundation
W 2018 r. święta jaskinia Kamukuwaká w Brazylii została zdewastowana przez nieznanych wandali. Miejsce to dla lokalnej społeczności jest szczególne. Mieszkał tu mityczny przodek Kamukuwaká, wraz ze swoim ludem. Jest to także przestrzeń, w której odbywały się rytuały inicjacyjne młodych przywódców plemienia. Historyczne rysunki na kamiennych ścianach, stanowiące źródło cennego dziedzictwa, odtwarzane podczas rytualnych zabiegów malowania ciała i w tradycyjnej ceramice, zostały zniszczone.
Film opisujący etapy projektu przywracania świętej jaskini Kamukuwaká społeczności Wauja w Brazylii
Jaskinia wraca na miejsce
Choć nie bezpowrotnie. Do lasów deszczowych dorzecza Amazonki udali się pracownicy hiszpańskiej fundacji Factum, której misją jest wykorzystanie techniki cyfrowej do ochrony miejsc dziedzictwa kulturowego. Udało im się połączyć skany 3D jaskini ze zdjęciami historycznymi tego miejsca, a następnie wydrukować replikę jaskini Kamukuwaká w skali 1:1. Do otrzymania skanów niezbędne było mapowanie LiDAR (Light Detection and Ranging), polegające na pomiarach odległości poprzez oświetlanie celu światłem laserowym i pomiarach odbicia za pomocą czujnika.
Do wykonania zdjęć fotogrametrycznych użyto kamer naziemnych i lotniczych wyposażonych w specjalne obiektywy pozbawione aberracji. Dzięki danym pozyskanym za pomocą skanowania laserowego oraz metod fotogrametrii i połączeniu ich z dokumentacją fotograficzną sprzed ataku naukowcy opracowali precyzyjny model cyfrowy jaskini, który następnie wydrukowali w trójwymiarze. Dzięki temu cyfrowo i fizycznie zrekonstruowana jaskinia może trafić z powrotem do społeczności plemiona Wauja i w dalszym ciągu służyć umacnianiu narodowej tożsamości rdzennych plemion w niestabilnej politycznie sytuacji, a także wspomóc przekazywanie legend i historycznych opowieści z pokolenia na pokolenie.
Zdjęcie za pośrednictwem Factum Foundation
Cyfrowe wersje historycznych przestrzeni są tworzone również przez inne organizacje. Brytyjski ScanLAB Projects skanuje i opracowuje modele 3D historycznych przestrzeni, a następnie prezentuje w wersji cyfrowej. To często jedyna szansa na to, by zobaczyć, jak wyglądają niedostępne na co dzień atrakcje turystyczne. Dzięki działaniom ScanLAB zamknięte dla turystów tunele pod Rzymem mogą być w wersji cyfrowej na nowo odkrywane i „zwiedzane” przez internautów z każdego zakątka świata.
ScanLAB Projects opracowuje modele 3D historycznych przestrzeni, a następnie upublicznia je w wersji cyfrowej. Zdjęcie za pośrednictwem ScanLAB Projects.
Otwarte muzeum Soane’a
Najnowsze zdobycze techniki dają praktycznie nieograniczone możliwości dokumentowania i prezentowania np. rzeźb z największą dokładnością i wiernym odtworzeniem kolorystycznych niuansów. Dzięki skanowaniu przestrzennemu jesteśmy w stanie zobaczyć obiekty, które są zbyt delikatne lub cenne, by wystawiać je w przestrzeni publicznej, czy też udostępniać podczas wystawy stałej lub tym bardziej – objazdowej. Proces skanowania jest dużo mniej inwazyjny i wiąże się z dużo mniejszym ryzykiem uszkodzenia zabytku.
ScanLAB Projects wspólnie z The Soane Museum opracowały cyfrową replikę muzeum Johna Soane’a, dzięki której odwiedzający mogą zwiedzać to niezwykłe miejsce online. Muzeum Soane'a jest jedyne w swoim rodzaju. Założone przez wybitnego XIX-wiecznego architekta Johna Soane'a było jednocześnie jego domem, pracownią, biblioteką oraz muzeum i mieściło obszerną kolekcję dzieł sztuki, rzeźb, mebli i artefaktów, w tym m.in. wykonany przez architekta model starożytnego sarkofagu króla Seti I. Po śmierci Soane’a w 1837 roku dom i kolekcja – zgodnie z życzeniem architekta – zostały upublicznione. Mistrz zastrzegł, że miejsce to powinno być otwarte, służyć inspiracji i edukacji społeczeństwa. Digitalizacja 3D wielu pomieszczeń i obiektów muzeum w pełni spełnia jego życzenie. 
Cyfrowa replika muzeum Johna Soane’a w Londynie wykonana przez ScanLab Projects
Wirtualne archiwum
Przestrzenne skanowanie obiektów i ich późniejsza rekonstrukcja za pomocą druku 3D nigdy nie zastąpią wartości autentycznych historycznych miejsc i świadectw przeszłości. Jednak dają ogromne możliwości, a potrzeba użycia takich metod staje się coraz pilniejsza. Digitalizacja ważnych kulturowych artefaktów i przestrzeni tworzy archiwum, swoistą „chmurę danych” na wypadek, gdyby spotkało je to, co brazylijską świętą jaskinię. Nie chodzi tu jednak tylko o takie zdarzenia jak celowe zniszczenie. Delikatne zabytki kultury i sztuki, oglądane i dotykane każdego dnia przez tysiące turystów dziennie, są również zagrożone.
300 lat skanowania
Znakomitym przykładem posłużenia się drukiem przestrzennym w muzealnictwie jest amerykański Smithsonian Institution. Ponieważ tylko jeden procent kolekcji Smithsonian jest w danym momencie eksponowanych, digitalizacja i udostępnianie w postaci plików 3D pozwala na pokazanie w wirtualnym świecie pozostałych 99 proc. kolekcji. 
W zbiorach 3D Smithsonian Institution są m.in. artefakty kosmiczne, w tym m.in. skafander Neila Armstronga.
Są tu tak niezwykłe obiekty jak model 3D szkieletu tyranozaura, odkopanego przez ranczera wędrującego po Montanie w 1988 roku, mierzący 15 stóp wysokości i 40 stóp długości czy moduł dowodzenia Apollo 11 „Columbia”, czyli kwatera mieszkalna trzyosobowej załogi pierwszej załogowej misji lądowania na Księżycu w lipcu 1969 roku. W zbiorach Smithsonian jest obecnie ponad 155 milionów unikalnych artefaktów i okazów. Skanowaniem 3D muzealnych obiektów zajmuje się kilkuosobowy zespół Smithsonian's Digitization Program. Jak twierdzą jego członkowie, nie jest to zadanie łatwe. Wyzwań, jakie stawiają kolekcje Smithsonian, jest wiele – od zróżnicowania kształtów, rozmiarów, faktur przedmiotów przez ich kruchą strukturę po zmieniające się metody skanowania i stale rosnące zbiory. – Nawet gdybyśmy skanowali te obiekty w szalenie nierealistycznym tempie jednego na minutę, 24 godziny na dobę, 365 dni w roku, zajęłoby nam to ponad 300 lat – mówią muzealnicy. W ciągu ostatnich kilku lat przeszli długą drogę – od skanowania pojedynczych przedmiotów do bardziej złożonych projektów – takich jak prom kosmiczny Discovery czy Tyrannosaurus rex. Specjalistów skanowania przestrzennego czeka nowy etap – opracowywania strategii i procesów dla wysokoprzepustowej dygitalizacji 3D, która pozwoli zarejestrować całe zbiory obiektów.
Wydrukuj sobie tyranozaura
Modele 3D kolekcji Smithsonian występują również w postaci gotowych do druku 3D plików. Oznacza to, że naukowcy, historycy i artyści mogą wydrukować (jeśli dysponują odpowiednim sprzętem lub mają chęć zlecić druk specjalistycznej firmie) własne kopie obiektów z obszernej kolekcji Smithsonian. Wydrukowanie miniaturowego skafandra Neila Armstronga, w którym kosmonauta spacerował po Księżycu czy butów na platformie noszonych przez aktora Carla Halla w musicalu „The Wiz” jest łatwe. Są jednak obiekty, które lepiej oglądać w postaci cyfrowej niż jako wydrukowane repliki. Należy do nich m.in. Wright Flyer – pierwszy samolot silnikowy na świecie. Ze względów oczywistych druk 3D dwupłatu o ramie z drewna świerkowego pokryty muślinem jest niezwykle trudny. Nie chodzi tu tylko o fakturę. To oczywiste, że drukowane eksponaty mają podstawową wadę związaną z procesem produkcyjnym – powierzchnia polimeru nie jest w stanie oddać właściwości (tekstury czy wagi) przedmiotu wykonanego z kamienia, drewna czy kości. Bardziej problematyczne jest w tym wypadku „uchwycenie” w drukowanym modelu samolotu różnorodności bardzo drobnych elementów maszyny.
Dzięki plikom 3D udostępnionym przez Smithsonian każdy może wydrukować czaszkę tyranozaura, odkopanego w Montanie w 1988 roku. Zdjęcie dzięki uprzejmości Smithsonian Digitization Program Office.
Model 3D butów na platformie noszonych przez aktora Carla Halla w musicalu „The Wiz”. Zdjęcie dzięki uprzejmości Smithsonian Digitization Program Office.
Wziąć fajkę generała do ręki
Trudno przecenić możliwości, jakie daje skanowanie i drukowanie obiektów w trójwymiarze. Ogromną zaletą tworzenia replik historycznych przedmiotów jest możliwość ich odkrywania przez osoby niewidome i niedowidzące. Dzięki najnowszym zdobyczom techniki mogą one dotknąć, a przez to i „zobaczyć” wystawy, co wcześniej nie było możliwe. Taka inicjatywa w amerykańskim Virginia Historical Society pozwoliła osobom niewidomym „zobaczyć” wiele obiektów z czasów wojny secesyjnej, w tym m.in. maskę generała Roberta E. Lee wykonaną za jego życia, fajkę generała George’a S. Pattona, drewnianą menażkę, lampę górniczą oraz wałek do włosów. Wszystkie te przedmioty mogą być przez osoby oglądające dotykane, są też opatrzone (również wydrukowanymi) tabliczkami z opisami w Braille’u oraz wypukłym alfabecie łacińskim.
Z możliwości, jakie daje skanowanie przestrzenne korzystają nie tylko widzowie, ale również badacze, naukowcy i muzealnicy. Modele 3D mają jedną, szczególnie ważną zaletę – pliki 3D są łatwiejsze do udostępniania niż tradycyjny transport, podczas którego delikatne i cenne artefakty lub pozostałości archeologiczne mogą łatwo ulec uszkodzeniu. Dzięki skanowaniu 3D historycy, antropolodzy i archeolodzy zyskują możliwość pracy z unikalnymi dla dziedzictwa kulturowego obiektami, bez obaw, że zostaną one uszkodzone. Z kolei konserwatorzy czy kolekcjonerzy sztuki dzięki narzędziom do analizy odchyleń 3D mogą używać przestrzennych danych cyfrowych do obserwacji, jak zmienił się stan przedmiotu.
Bibliografia
Kurt Kohlstedt, Physical Backups: How 3d Scanning & Printing Help Preserve Historical Spaces, serwis 99percentinvisible.org, [dostęp: 26.02.21]
Meilan Solly, Ten Smithsonian artifacts you can 3D print, The Smithsonian Magazine, [dostęp: 26.02.21]
The Sacred Cave of Kamukuwaka. Mato Grosso, Brasil, 2018-2019, strona internetowa The Factum Foundation for Digital Technology in Conservation, [dostęp: 26.02.21]
