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文保修復三維掃描儀顯神奇 感受“科技+”神奇魅力

時間:2018-09-06 點擊數:5550

三維掃描儀主要應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,則進行近景攝影測量,多數情況下需二者結合應用。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制作出文物缺失部分,可以對缺失部分進行虛擬復原。通過掃描文物建立三維模型,還能提取銘文信息并制作數字拓片,更利于保護文物。

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顯現出“綠色”的、“藍色”的胳膊……這是記者近日在陜西歷史博物館文物修復室里看到的一幕。該館在“文物修復季特展”第三季推出“孰制匠之——三維技術在文物保護中的應用”展,向公眾展示如何將文物“搬”到電腦里,再用3D打印機打印出來。觀眾可以近距離體驗文物的三維信息采集、模型處理、3D打印等程序,感受 “科技 ”文物修復的神奇魅力。

西安火伴藝術文化科技有限公司總經理韓博介紹說:“電腦里顯示的綠色,是正采集的數據,藍色是已經產生的數據,紫色表示已經偏離了位置?!爆F場幾名幸運觀眾紛紛上前體驗,“手或胳膊懸在空中,要穩定住姿勢,不能晃動,”韓博一邊操作一邊介紹,“用這個 ‘手持掃描儀’掃描人手和人臉,要保持一個距離,人要緩慢地移動……”

文保修復,三維掃描儀顯神奇

記者看到,展示現場除手持式三維掃描儀外,還有結構光和激光式兩種固定式三維掃描儀,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。手持式掃描儀便于操作,可快速獲取三維模型,但精度低,相較而言固定式掃描儀精度就很高。據介紹,結構光三維掃描儀適用于金銀器、玉器和佛像等類文物,激光式三維掃描儀適用于陶器、石刻、木器等類文物。

工作臺上展示著提梁卣和一件青銅器的樹脂模型和復仿制品,墻上貼有12組羅漢木雕的模型照片,白色的是 “灰?!?,彩色的是渲染好的建模?;夷Mㄟ^拍照生成照片疊加建立,建模則是通過結構光三維掃描儀掃描后獲取。文物修復師白璐說,手持式掃描儀和固定式掃描儀建立起來的都是白色的灰模,是不帶色彩的。

工作臺上,一個自動圓盤在緩慢轉動,上面是一件明代的羅漢木雕,兩架攝像儀正對著它拍攝。攝像儀可以調整高度拍攝,也可讓羅漢趴下或躺著拍。

白璐告訴記者,“這是一種建模的過程,自動轉盤跟攝像儀連在一起,當轉盤轉動一周時,攝像儀會以每秒固定頻率的方式拍照,可收集三四百幅照片,電腦會將這些照片疊加處理后自動生成一個帶彩色的模型(建模)?!?br />
“這個通過攝像儀和圖片疊壓方式建的模型,本身帶有原來的色彩,甚至文物表面原有的病害和缺失也不需要進行貼圖和渲染。這是更加廣泛應用的一種建模方式?!彼f。

關于如何才能讓那些灰模帶上顏色,白璐介紹:“灰模施彩有兩種方式,一是現有的素材包賦予模型色彩。館里現有紫檀、黃花梨、石材、玉石、金、銀素材包。二是對精度高的文物,先把文物信息拍攝下來,再把這些照片通過手動操作方式,通過貼圖貼在模型上。

但是幾百張照片疊加自動處理后,還不能直接打印,白璐說:“目前該技術還需要完善,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整,然后才能打印完善的模型?!?br />
對此韓博也告訴記者,掃描一件提梁卣,大概需要3小時左右,“打印的時間要看精度,精度很高的可能需要一天時間。還涉及到材質和層厚,層高是一個關鍵因素。像提梁卣這么高的東西,它的材料是一層層堆疊起來的,可以分成10000層、5000層去打?!?br />
為文物留下數字化檔案

傳統的文物檔案很難將文物的細節和色彩完整保存下來。為保護文物,又不能對文物進行接觸性的研究和復制。與普通的平面掃描或相機拍照相比,三維掃描儀準確、快速,并有多角度、精細化的特點,可以將真實中物體的三維信息更加完整地采集到計算機內。韓博說,新技術讓文物修復工作如虎添翼,以往修復師需要花費10天時間建造模型,現在靠三維掃描技術1天就可完成。

三維掃描技術、3D打印技術是文物數據采集和修復的新手段,通過三維數字化技術手段,在不對文物造成損傷和破壞的情況下,能夠將采集到的文物信息轉換為數據模型,更準確、更完整地為文物留下的數字化檔案,通過快速獲取物體三維幾何數據,與逆向工程技術結合,完成對文物的虛擬修復。

陜西歷史博物館自2011年引入三維掃描與3D打印技術至今,一直在嘗試從文物實體修復到虛擬修復、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與傳統修復工藝結合起來。記者獲悉,該館運用三維技術,已對羅漢、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、虛擬修復和復仿制,并獲取了四臂觀音、龍紋空心磚、三足壺、宰獸簋蓋銘文等數字拓片。

今年以來,陜西歷史博物館開展了“文物保護修復季”展覽工作,通過書畫、金屬、陶瓷、雜項4個單元,向觀眾展示不同類別、不同材質文物的修復過程,把文物保護的理念、過程展示給觀眾,讓觀眾通過精細的文物修復方法和技藝,感受文物保護修復的艱辛與匠心,讓文物“活”起來、“動”起來、“亮”起來。

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