▲用三維技術(shù)制作出的部分羅漢木雕（白色為“灰?！保噬珵殇秩竞玫摹敖！保?/span>
手握“手持式三維掃描儀”，對著座椅上小朋友伸出的胳膊慢慢移動，在不同角度掃描，連線的計算機上就會實時先后顯現(xiàn)出“綠色”的胳膊、“藍色”的胳膊......這是記者近日在陜西歷史博物館文物修復(fù)室看到的一個鏡頭。該館“文物修復(fù)季特展”的第三季推出了“孰制匠之——三維技術(shù)在文物保護中的應(yīng)用展”，公眾代表有幸現(xiàn)場體驗文物的三維信息采集、模型處理、3D打印等環(huán)節(jié)，領(lǐng)略“科技+文物修復(fù)”的神奇魅力。
“電腦里顯示的綠色，就是我們現(xiàn)在正在采集的數(shù)據(jù)，藍色是已經(jīng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，紫色表示已經(jīng)偏離了位置......”正在演示操作的三維修復(fù)師韓博介紹說。幾名“幸運觀眾”紛紛上前體驗運用三維技術(shù)采集自己的手、臉信息。
▲文物修復(fù)師韓博手握手持式三維掃描儀，對著這位“捷足先登”的小朋友掃描“臉”。
7歲小學(xué)生馬可搶先坐上座椅，伸出胳膊要“體驗”。剛剛坐下，馬可說：“我想拍臉”，隨即瞇上眼睛，擺出鬼臉，讓技術(shù)人員給他“拍臉”......
▲文物修復(fù)師韓博演示“手持式三維掃描儀”采集人體信息。
“其實，操作很簡單，把手或胳膊懸在空中，握拳、伸手都可以，但要穩(wěn)定住姿勢，不能晃動?！表n博一邊操作一邊介紹，“用這個‘手持掃描儀’掃描人手和人臉，要保持一個工作距離。掃描過程中，盡量不要有太大的變動，人要緩慢移動......”
▲一位幸運觀眾體驗“手持式三維掃描儀”。
▲一位幸運觀眾用“手持式三維掃描儀”采集女兒胳膊信息。
多種三維掃描儀“聚焦”文物顯神奇
記者看到，文物修復(fù)室除“手持式三維掃描儀”外，有結(jié)構(gòu)光三維掃描儀、激光式三維掃描儀，一臺3D打印機正在工作。這是使用以光敏樹脂為原材料的objet3D打印機，層層固化輸出文物模型。韓博說，手持的掃描儀，便于操作，可以通過移動，快速獲取三維模型，但精度相對低；而其它固定式掃描儀，精確度很高。
工作臺上，擺放著兩對打印出的樹脂模型和復(fù)仿制品，它們是提梁卣和一件青銅器。韓博說，“這件提梁卣，它有很多獨立的部件，完成它的掃描大概需要三小時左右。這和文物的圖案、紋飾都有關(guān)系?！?/p>
▲一件青銅器的樹脂模型和復(fù)仿制品。
墻上展示有12組明代羅漢木雕的模型照片，白色的是灰模，彩色的是渲染好的建模?！盎夷！保ò咨┦峭ㄟ^拍照方式把照片疊加建立起來的模型，而“建?！笔峭ㄟ^結(jié)構(gòu)光三維掃描儀掃描后獲取的。有些文物需要兩種方式結(jié)合來做。
文物修復(fù)師白璐告訴記者，手持式掃描儀、激光掃描儀和結(jié)構(gòu)光掃描儀，它們建出來的都是灰模，因為輸入到電腦里的是點的坐標(biāo)，電腦將這些點疊合在一起形成三角面和文物的面，它是不帶色彩的，電腦本身賦予它是灰色。
工作臺上，一件明代羅漢木雕隨著身下的自動圓盤在緩慢轉(zhuǎn)動，兩架照相儀正對著它拍攝。據(jù)了解，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一圈需要三分鐘，相機拍完一圈后，可以調(diào)整高度拍攝，也可讓羅漢正反面躺下來拍。
▲一件明代羅漢木雕隨著自動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，兩臺照相儀在拍攝。
白璐告訴記者，“這是一種建模的過程，這個自動轉(zhuǎn)盤跟攝像機連在一起，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一周時，攝像機就會以每秒固定頻率的方式拍照，可以收集三四百幅照片，電腦會將這些照片疊加處理后自動生成一個帶彩色的文物模型?！?/p>
她說，“這個通過照相儀和圖片疊壓方式建的模型，本身就帶有原來的色彩，甚至文物表面原有的病害和缺失，它是自帶的，不需要保護和后期的貼圖和渲染，能直接將文物本身的色彩、病害、缺失等信息，直接植入模型，更便于文物信息的收集和處理。這是應(yīng)用更加廣泛的一個建模方式?！?/p>
“對這些灰模如何進行施彩？”她說，“灰模施彩有兩種方式，一是現(xiàn)有紫檀、黃花梨、石材、玉石、金、銀素材包，這些素材包就會賦予這個模型，這樣模型就會呈現(xiàn)出一個色澤。二是，文物一般要求精度更加高的顏色和表面信息，我們就先通過照片把文物信息拍攝下來，再把這些照片通過手動操作的方式，通過貼圖方式貼在文物模型上，只不過，灰模所需的照片數(shù)量較少，角度、精確度、重合度沒有那么大。
▲7歲的馬克在打印機前看得入迷。
記者問：“幾百張照片疊加自動處理后，接下來是不是就能直接打印了？”白璐說，“還需要完善，比如說電腦自動處理，某些照不到角的，會有一些缺失，或者說在這個地方重疊會有一些問題，就要在電腦里手動調(diào)整后，然后才將完善的模型直接打印?！?/p>
三維工程師韓博，“東西打印出來的時間，要看精度，精度很高的可能需要一天時間。還涉及到材質(zhì)和層厚，層高是一個關(guān)鍵因素，這么高的東西，它的材料是一層層堆疊起來的，可以分成10000層、5000層去打。
三維技術(shù)將文物“搬”到計算機
據(jù)文物修復(fù)師陳園介紹，三維掃描儀主要應(yīng)用于記錄文物的形狀、表面紋飾等信息。而需要真實還原文物色彩的文物，則需要進行近景攝影測量，多數(shù)情況下需要將兩者結(jié)合應(yīng)用。建立文物三維模型后，用模型處理軟件提取文物紋飾等信息，并采用逆向工程技術(shù)制作出文物缺失部分，可以對缺失部分進行虛擬復(fù)原。他說，“通過掃描文物建立三維模型，也可以提取銘文信息并制作數(shù)字拓片，這樣也更利于保護文物”。
記者了解到，陜西歷史博物館自2011年引入三維掃描與3D打印技術(shù)至今，一直在嘗試從文物實體修復(fù)到虛擬修復(fù)、從文物實體翻模到利用模型翻模等工作，致力于將三維掃描技術(shù)與傳統(tǒng)修復(fù)工藝結(jié)合起來。運用三維技術(shù)，該館目前已經(jīng)對羅漢、鎏金銅蠶、龍紋空心磚、白瓷杯、青銅簋、提梁卣和明代羅漢木雕塑等文物，進行了信息提取、三維打印、虛擬修復(fù)和復(fù)仿制，并獲取了四臂觀音、龍紋空心磚、三足壺、宰獸簋蓋銘文等數(shù)字拓片。
▲用三維技術(shù)得到的三足壺數(shù)字拓片。
▲文物修復(fù)師白璐（左）陪馬可玩打印出的小雕塑。
本次該館聯(lián)合西安火伴藝術(shù)文化科技有限公司，意在向公眾展示如何將文物“搬”到計算機中，展示文物三維信息采集、模型處理等內(nèi)容，讓公眾能近距離了解三維技術(shù)，感受這一新興技術(shù)在文物保護修復(fù)工作中的應(yīng)用。
“三維掃描技術(shù)”又稱“實景復(fù)制技術(shù)”，是一種先進的高精度立體掃描技術(shù)，也是集光、機、電、和計算機技術(shù)于一體的高新技術(shù)，它通過測量空間物體表面點的三維坐標(biāo)值，得到物體表面的點云信息，并轉(zhuǎn)化為計算機可以直接處理的三維模型。它在文物保護中的意義在于，能將文物轉(zhuǎn)換為計算機直接處理的數(shù)據(jù)模型，利用逆向工程制作出文物殘缺部分，為文物修復(fù)工作提供依據(jù)，實現(xiàn)文物非接觸式建模，而且具有速度快、精度高的優(yōu)點。
▲觀眾觀瞧正工作的打印機。
博物館文物保管部主任梁彥民介紹說：“我們把三維技術(shù)搬到文物修復(fù)室，給觀眾進行三維技術(shù)在文物保護修復(fù)上的應(yīng)用展示，活動月底結(jié)束。”
文：文匯報駐陜記者韓 宏
圖：韓 宏
編輯制作：韓 宏
責(zé)任編輯：葉志明
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