三维技术让文物修复如虎添翼

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  三维数字建模——唐代彩绘仕女俑。(西安博物院供图)一件青铜器的树脂模型和复仿制品。韩宏摄即将进行三维扫描的罗汉木雕。韩宏摄制图:冯晓瑜
  
  手握“手持式三维扫描仪”,对着座椅上小朋友伸出的胳膊慢慢移动,在不同角度扫描,连线的计算机上就会实时显现出“绿色”的、“蓝色”的胳膊……这是记者近日在陕西历史博物馆文物修复室里看到的一幕。该馆在“文物修复季特展”第三季推出“孰制匠之——三维技术在文物保护中的应用”展,向公众展示如何将文物“搬”到电脑里,再用3D打印机打印出来。观众可以近距离体验文物的三维信息采集、模型处理、3D打印等程序,感受 “科技 ”文物修复的神奇魅力。
  
  西安火伴艺术文化科技有限公司总经理韩博介绍说:“电脑里显示的绿色,是正采集的数据,蓝色是已经产生的数据,紫色表示已经偏离了位置。”现场几名幸运观众纷纷上前体验,“手或胳膊悬在空中,要稳定住姿势,不能晃动,”韩博一边操作一边介绍,“用这个 ‘手持扫描仪’扫描人手和人脸,要保持一个距离,人要缓慢地移动……”
  
  文保修复,三维扫描仪显神奇
  
  记者看到,展示现场除手持式三维扫描仪外,还有结构光和激光式两种固定式三维扫描仪,一台3D打印机正在工作。这是使用以光敏树脂为原材料的Objet3D打印机,层层固化输出文物模型。手持式扫描仪便于操作,可快速获取三维模型,但精度低,相较而言固定式扫描仪精度就很高。据介绍,结构光三维扫描仪适用于金银器、玉器和佛像等类文物,激光式三维扫描仪适用于陶器、石刻、木器等类文物。
  
  工作台上展示着提梁卣和一件青铜器的树脂模型和复仿制品,墙上贴有12组罗汉木雕的模型照片,白色的是 “灰模”,彩色的是渲染好的建模。灰模通过拍照生成照片叠加建立,建模则是通过结构光三维扫描仪扫描后获取。
  
  文物修复师白璐说,手持式扫描仪和固定式扫描仪建立起来的都是白色的灰模,是不带色彩的。
  
  工作台上,一个自动圆盘在缓慢转动,上面是一件明代的罗汉木雕,两架摄像仪正对着它拍摄。摄像仪可以调整高度拍摄,也可让罗汉趴下或躺着拍。
  
  白璐告诉记者,“这是一种建模的过程,自动转盘跟摄像仪连在一起,当转盘转动一周时,摄像仪会以每秒固定频率的方式拍照,可收集三四百幅照片,电脑会将这些照片叠加处理后自动生成一个带彩色的模型(建模)。”
  
  “这个通过摄像仪和图片叠压方式建的模型,本身带有原来的色彩,甚至文物表面原有的病害和缺失也不需要进行贴图和渲染。这是更加广泛应用的一种建模方式。”她说。
  
  关于如何才能让那些灰模带上颜色,白璐介绍:“灰模施彩有两种方式,一是现有的素材包赋予模型色彩。馆里现有紫檀、黄花梨、石材、玉石、金、银素材包。二是对精度高的文物,先把文物信息拍摄下来,再把这些照片通过手动操作方式,通过贴图贴在模型上。
  
  但是几百张照片叠加自动处理后,还不能直接打印,白璐说:“目前该技术还需要完善,比如说电脑自动处理,某些照不到角的会有一些缺失,或者说在这个地方重叠会有一些问题,就要在电脑里手动调整,然后才能打印完善的模型。”
  
  对此韩博也告诉记者,扫描一件提梁卣,大概需要3小时左右,“打印的时间要看精度,精度很高的可能需要一天时间。还涉及到材质和层厚,层高是一个关键因素。像提梁卣这么高的东西,它的材料是一层层堆叠起来的,可以分成10000层、5000层去打。”
  
  为文物留下高精度数字化档案
  
  传统的文物档案很难将文物的细节和色彩完整保存下来。为保护文物,又不能对文物进行接触性的研究和复制。与普通的平面扫描或相机拍照相比,三维扫描仪准确、快速,并有多角度、精细化的特点,可以将真实世界中物体的三维信息更加完整地采集到计算机内。韩博说,新技术让文物修复工作如虎添翼,以往修复师需要花费10天时间建造模型,现在靠三维扫描技术1天就可完成。
  
  三维扫描技术、3D打印技术是文物数据采集和修复的新手段,通过三维数字化技术手段,在不对文物造成损伤和破坏的情况下,能够将采集到的文物信息转换为数据模型,更准确、更完整地为文物留下高精度的永久数字化档案,通过快速获取物体三维几何数据,与逆向工程技术结合,完成对文物的虚拟修复。
  
  陕西历史博物馆自2011年引入三维扫描与3D打印技术至今,一直在尝试从文物实体修复到虚拟修复、从文物实体翻模到利用模型翻模等工作,致力于将三维扫描技术与传统修复工艺结合起来。记者获悉,该馆运用三维技术,已对罗汉、鎏金铜蚕、龙纹空心砖、白瓷杯、青铜簋、提梁卣和明代罗汉木雕塑等文物,进行了信息提取、三维打印、虚拟修复和复仿制,并获取了四臂观音、龙纹空心砖、三足壶、宰兽簋盖铭文等数字拓片。
  
  今年以来,陕西历史博物馆开展了“文物保护修复季”展览工作,通过书画、金属、陶瓷、杂项4个单元,向观众展示不同类别、不同材质文物的修复过程,把文物保护的理念、过程展示给观众,让观众通过精细的文物修复方法和技艺,感受文物保护修复的艰辛与匠心,让文物“活”起来、“动”起来、“亮”起来。
  
  >>>相关阅读:数字技术在文物行业将被广泛运用
  
  “三维测绘技术已经普遍应用在各个行业了,在文物和文化遗产保护行业,现状是不断创新,采用新的设备与技术来采集数据,各省的应用程度不一。现在的考古发掘现场均已用上了三维扫描测绘技术,全部完整立体地记录工作全过程。”
  
  陕西省文物保护研究院前副院长、陕西文物传媒与科技勘探中心主任王保平告诉记者:“三维扫描测绘技术,一是能够真实地记录文物信息,建立文物的数字档案,用数字记录文物的变化;二是运用数字手段,也就是虚拟现实技术,再现历史上的各类建筑和文物,依据相关资料,对其进行复原和呈现。”
  
  “我更看重虚拟现实技术,它也是一种保护、展示、弘扬中华传统文化的手段,确实好!它不仅可360°旋转,还能720°旋转,左右旋转一圈,上下旋转一圈,720°就能采集文物的相关信息,利用这些数据三维建模,做出一个可以720°旋转的数字文物来,包括器物的里里外外。”王保平告诉记者,几年前,他对法门寺景区、秦公一号大墓和新疆北庭古城遗址区都进行过高空多角度测量,效果很好。近几年,在国家文物局和陕西省文物局的主持下,陕西省对10座博物馆运用这项技术建成了 “智慧博物馆”。
  
  “三维扫描测绘技术能够准确地记录文物的信息,在文化遗产的保护和展示领域将发挥很好作用,在文物考古和保护修复领域应用前景广阔,未来将发挥巨大的作用。”
  
  王保平认为,欧美国家地面上的石质建筑较多,中国的大遗址、大型宫殿、宗庙、礼制建筑均为土木结构,大都被埋在土里,就关中地区的地层而言,史前时期的遗址被埋2米多深、西周的1.8米以下,汉代的1.5米以下。发掘出来的宫殿遗址土木结构都腐朽了。通过钻探发掘,建筑遗址的布局模规出来后,能通过数字手段把它们复原和呈现出来。他认为,关中地区咸阳塬上有9座汉代帝王陵墓,大量的礼制建筑在地下埋着,探明的遗址不一定都需要发掘,可以用数字手段把它们复原出来,进行展示。
  
  此外,近年来越来越多的数字化技术应用到博物馆中,如故宫博物院与日本凸版印刷株式会社合作的 “数字故宫”项目、浙江大学开发的敦煌石窟虚拟漫游与壁画复原系统、秦兵马俑博物馆与西安四维航测遥感中心合作的“秦俑博物馆二号坑遗址三维数字建模”项目等。这些项目的共同之处在于它们都使用了三维数字技术。
责任编辑:思思
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