3D建模在西藏文物遺產(chǎn)保護(hù)中的功用探析

趙 青，李欣亮

（1. 西藏民族大學(xué)信息工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712082；2. 西藏民族大學(xué)西藏光信息處理與可視化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽(yáng) 712082）

3D建模在西藏文物遺產(chǎn)保護(hù)中的功用探析

趙 青1，2，李欣亮1，2

（1. 西藏民族大學(xué)信息工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712082；2. 西藏民族大學(xué)西藏光信息處理與可視化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽(yáng) 712082）

3D建模是保護(hù)文物遺產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，以西藏地區(qū)傳統(tǒng)文物遺產(chǎn)保護(hù)為前提，從三維掃描、數(shù)字軟件、三維打印3個(gè)方面，分析了3D建模在西藏文物遺產(chǎn)保護(hù)中的作用，旨在為推動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)文化的傳承發(fā)揮積極作用。

3D建模；三維軟件；西藏；文物遺產(chǎn)保護(hù)

我國(guó)各地區(qū)擁有豐富的文化遺產(chǎn)，尤其是西藏地區(qū)，西藏是西藏古人氏族的發(fā)源地，自公元7世紀(jì)開始，文成公主將中原地區(qū)的文明傳往西藏，由此便形成了千余年的西藏文明。西藏是印度佛教的傳入地，有著十分豐富的佛教文化，大昭寺、甘丹寺等舉世聞名的風(fēng)景名勝，布達(dá)拉宮在雪域高原的襯托下將西藏獨(dú)有的藏式文化發(fā)揚(yáng)光大。為避免持續(xù)遭受歲月的侵蝕，該地區(qū)文物遺產(chǎn)保護(hù)工作逐漸被提上日程，受信息技術(shù)的影響，3D建模在其中發(fā)揮了重要作用，為我國(guó)物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)工作提供了先進(jìn)的技術(shù)支持。

1 西藏文物遺產(chǎn)

1.1 布達(dá)拉宮

布達(dá)拉宮是傳統(tǒng)的藏式古建筑，這座雄偉的建筑最初是松贊干布為了迎娶文成公主而建，直到1645年洛桑嘉措將其重建之后，便成為供奉歷世達(dá)賴?yán)镬`塔、冬宮居住、辦理重大宗教與政治儀式之地[1]。布達(dá)拉宮不僅作為藏式古建筑聞名于世，同時(shí)也是藏傳佛教圣地，吸引觀光客不計(jì)其數(shù)，由此也成為西藏文物遺產(chǎn)之一。

1.2 大昭寺

大昭寺又被稱作“祖拉康”和“覺康”，在藏語(yǔ)中是佛殿的含義，是一座藏傳佛教寺院。始建于松贊干布時(shí)期，在元明清三朝加以擴(kuò)建，逐漸形成如今的規(guī)模。在建筑風(fēng)格方面，大昭寺融合了當(dāng)?shù)睾湍岵礌枴⑻瞥?、印度等多種藝術(shù)，以其特有的文化藝術(shù)成為當(dāng)下藏式佛教建筑的經(jīng)典。在1961年，大昭寺被列為首批重點(diǎn)文物保護(hù)單位，奠定了其在藏式佛教建筑中的地位。

1.3 甘丹寺

甘丹寺在黃教六大寺中地位最為特殊，1409年創(chuàng)始人宗喀巴親自籌建了此寺，早期是格魯教派祖寺，在清世宗時(shí)被賜名為永壽寺。其名字中的“甘丹”為藏語(yǔ)音譯，本意為“兜率天”，也就是未來佛彌勒教化下所產(chǎn)生的世界，迄今為止寺中仍然保留著歷代甘丹赤巴遺體靈塔，也收藏了諸多自明代至今的文物，同樣是西藏文物遺產(chǎn)之一。

1.4 扎什倫布寺

扎什倫布寺在藏語(yǔ)中被意為“吉祥須彌寺”，作為日喀則地區(qū)最大的寺廟，落座于美麗的尼色日山腳下，明朝正統(tǒng)十二年間由根敦主興建，隨后又由羅桑卻吉堅(jiān)贊進(jìn)行擴(kuò)建，才得有現(xiàn)在的規(guī)模。扎什倫布寺的錯(cuò)欽大殿面積非常大，可容納超過2 000人同時(shí)誦經(jīng)，且大殿中間擺放釋迦牟尼像和根敦主、四世班禪的立像。正殿兩旁分布是彌勒殿和度母殿，在寺廟的西側(cè)有極其雄偉的大彌勒殿；另外還有歷世班禪靈塔殿，塔中藏有舍利肉身。除了這些優(yōu)美的建筑之外，扎什倫布寺內(nèi)還有藏書極其豐富的經(jīng)院——四扎倉(cāng)，作為佛教寺廟的扎什倫布寺，與達(dá)賴的布達(dá)拉宮不相上下，并且和甘丹寺、色拉寺以及哲蚌寺并稱為藏傳佛教格魯派“四大寺”，是西藏地區(qū)文物重點(diǎn)保護(hù)單位之一。

1.5 藏王墓

西藏地區(qū)的藏王墓位于風(fēng)景極為優(yōu)美的雅魯藏布江地區(qū)，在藏文史書中記載，當(dāng)時(shí)的吐蕃王朝共有35代藏王陵，而這些陵墓也被統(tǒng)稱為藏王墓?，F(xiàn)如今該地區(qū)最大的藏王墓區(qū)地處于雅魯藏布江南岸邊的雅隆河畔，由于當(dāng)?shù)仫L(fēng)景秀美、氣候宜人，早在古藏族時(shí)期便已經(jīng)是藏族的發(fā)祥地，也是藏王松贊干布的出生地，因此受到了極大的重視。其中松贊干布陵的墓壁在材料的選擇上主要以方石為主，外部為厚土墻，輔以碎石筑成高為2 m多的土丘。傳言松贊干布陵墓下方有一座宏偉的地宮，其中有包括釋迦牟尼、觀音菩薩、松贊干布在內(nèi)的諸多塑像，以及鑲嵌的金銀珠寶等。松贊干布陵的頂正中最初設(shè)置了一座祭祠，且在祭祠內(nèi)部供奉了松贊干布、文成公主等多人塑像，然而因?yàn)闀r(shí)間的侵蝕，原本的建筑也已經(jīng)殘破，經(jīng)過近幾年的恢復(fù)，原本的一些祠宇以及塑像逐漸被修復(fù)，吸引了來自全國(guó)各地不同民族的同胞，成為西藏地區(qū)的文物遺產(chǎn)之一，為藏、漢兩個(gè)民族的團(tuán)結(jié)以及西藏傳統(tǒng)文化的傳播發(fā)揮了巨大的作用。

2 3D建模在西藏文物遺產(chǎn)保護(hù)中的功用

2.1 三維掃描之于文物數(shù)字信息

三維掃描技術(shù)是建立在光、機(jī)、電以及計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)物體的外型與顏色等進(jìn)行掃描，以此得到物體表面空間坐標(biāo)的先進(jìn)技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維掃描技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了向三維全息影像掃描的轉(zhuǎn)變，掃描設(shè)備體積也逐漸減小，在攜帶上更為便捷，精度也更為準(zhǔn)確[2]。經(jīng)過改造的三維掃描儀與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，可方便地?cái)y帶到考古現(xiàn)場(chǎng)，考古人員運(yùn)用三維掃描設(shè)備對(duì)文物進(jìn)行掃描，記錄掃描所得信息，既可高效率地完成工作，又不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)造成破壞，極大地提升了掃描數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在文物保護(hù)與修復(fù)方面，也得到了更為完整的數(shù)字信息。針對(duì)博物館當(dāng)中已出現(xiàn)些許破損文物，也可以運(yùn)用三維掃描技術(shù)將其存檔，將文物的數(shù)字信息進(jìn)行復(fù)制，從而實(shí)現(xiàn)文物遺產(chǎn)的永久保留。另外，運(yùn)用相應(yīng)的軟件技術(shù)進(jìn)行殘損碎片的拼接與修復(fù)，可以將已經(jīng)破損的文物再次復(fù)原，恢復(fù)其本身的價(jià)值，掃描所得數(shù)字信息可以多次利用，這也為文物保護(hù)工作提供了數(shù)據(jù)支持。

2.2 數(shù)字軟件之于文物修復(fù)

文物修復(fù)技術(shù)在應(yīng)用過程中，主要是通過文物的定點(diǎn)、非定點(diǎn)進(jìn)行三維掃描，實(shí)現(xiàn)文物形態(tài)、材質(zhì)與色彩的數(shù)字信息轉(zhuǎn)化，將所得信息輸入電腦中建立3D立體文物模型[3]。掃描儀具有很強(qiáng)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行文物掃描時(shí)精度高達(dá)0.001 μm，技術(shù)人員進(jìn)行信息采集后，將采取所得數(shù)字信息輸入到計(jì)算機(jī)中，并利用數(shù)字雕刻軟件實(shí)現(xiàn)文物修復(fù)，將已經(jīng)破損的文物再現(xiàn)。不僅減少了專家的工作量，同時(shí)也提高了文物修復(fù)工作的效率，同時(shí)還以免了修復(fù)過程中造成二次損壞。

信息化時(shí)代發(fā)展下，我國(guó)在數(shù)字雕刻技術(shù)方面得到不斷創(chuàng)新與優(yōu)化，其中應(yīng)用比較廣泛的軟件包括Pixologic Zbrush、Autodask Modbox等。將這種技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)在的雕刻技術(shù)中，能夠更方便地操作程序，逐漸成為不可或缺的手段。

(1)利用這種專業(yè)技術(shù)手段以及其中的數(shù)字化信息數(shù)據(jù)形式，將數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)整理，通過專業(yè)掃描的方式對(duì)使用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換與變通，提升軟件使用自由度，方便軟件本身的雕刻程序運(yùn)行以及相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與記錄。據(jù)調(diào)查資料顯示，當(dāng)下使用比較廣泛并且成熟的軟件格式包含dxf、OBJ[4]。三維軟件在開發(fā)之初，針對(duì)文件格式等進(jìn)行系統(tǒng)的安排與設(shè)計(jì)，對(duì)于不同形式的格式都能夠順利打開并使用。

(2)對(duì)于已經(jīng)生成的專業(yè)模式，根據(jù)使用過程進(jìn)行專業(yè)導(dǎo)入，在控制形式上基本采用現(xiàn)行控制，形成專業(yè)線路途經(jīng)展開使用。在使用期間，需要十分注意其中存在的缺陷或是殘存等問題，需要將其中的殘存線索進(jìn)行拼接，形成全新模式形態(tài)。

(3)對(duì)于重新改善以及拼接的模式，需要將其形態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成常使用的OBJ專業(yè)格式進(jìn)行的導(dǎo)入，同時(shí)對(duì)于使用工具方面需注意，專業(yè)排序與布局，保證其中出現(xiàn)的模糊紋理等易于辨認(rèn)與分析。

(4)使用Zbrush軟件進(jìn)行模型雕刻后，要將模型放入3dmax內(nèi)重新導(dǎo)出，編輯3D模型UV貼圖坐標(biāo)，最后將坐標(biāo)接縫出現(xiàn)在復(fù)原文物的不顯眼的角落部位。

(5)運(yùn)用Photoshop等圖形編輯軟件對(duì)文物復(fù)原所需材質(zhì)等進(jìn)行拓?fù)洹?/p>

(6)在完成文物紋理繪制后，使用3dmax軟件中的紋理烘焙與Photoshop編輯功能，自制高光和光照貼圖，利用3dmax中所具備的拓?fù)滟N圖功能，將之前制作完成的文物紋理、圖案貼等貼合在數(shù)字模型中，使其能夠與文物原件相似度保持高度一致。

(7)最后利用3dmax當(dāng)中的光學(xué)模擬渲染器vray技術(shù)，開始渲染模型，并進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)生成，以此完成文物修復(fù)工作。

對(duì)于這些數(shù)字模型的運(yùn)用，也可以體現(xiàn)在電影、動(dòng)畫中，通過網(wǎng)絡(luò)的傳播使越來越多的文物愛好者了解文物本身所蘊(yùn)含的價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)文化的傳承。利用數(shù)字技術(shù)并通過三維數(shù)字影像的形式將文物加以呈現(xiàn)，可以優(yōu)化文物遺產(chǎn)的儲(chǔ)存方式，即便某一天某文物不復(fù)存在，也可以通過數(shù)字三維影像的形式再次呈現(xiàn)，讓后人能以更為先進(jìn)的形式接觸歷史。

2.3 三維打印之于文物復(fù)制

進(jìn)行文物修復(fù)時(shí)，能否再?gòu)?fù)刻出一件一模一樣的文物是工作者經(jīng)常思考的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些翻模技術(shù)逐漸被發(fā)現(xiàn)并加以運(yùn)用，例如現(xiàn)在十分常見的蠟像翻模等，然而這種方法，卻不能有效避免對(duì)于文物的損壞，所以我們可以利用三維打印技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)文物的復(fù)刻。

三維打印技術(shù)有FDM和SLA兩種，其中FDM技術(shù)應(yīng)用十分簡(jiǎn)單，以往平面打印是在平面上噴涂墨水，這是針對(duì)二維平面而言。三維打印與其不同之處在于：最后生成的是三維全息影像，在模型精度的基礎(chǔ)上進(jìn)行等高線計(jì)算，按照計(jì)算結(jié)果分層次進(jìn)行噴涂，最后使用膠水將等高線逐層粘結(jié)成為完整的三維立體圖像。三維打印所使用的墨水與二維打印也存在很大差異性，它主要由金屬、塑料等不同的原材料制成。

SLA技術(shù)的原材料為光敏樹脂，利用計(jì)算機(jī)控制激光對(duì)零件的各個(gè)截面數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，接受掃描部位所產(chǎn)生的樹脂薄層將會(huì)在光聚合反應(yīng)下固化，待完成一層固化之后，再進(jìn)行下一層的固化，直至形成三維實(shí)體模型為止。運(yùn)用這一方法制作三維立體模型其優(yōu)勢(shì)在于：成型速度以及自動(dòng)化程度較高，正是由于這些優(yōu)勢(shì)，才使得SLA技術(shù)被廣泛應(yīng)用于文物遺產(chǎn)的復(fù)原工作。

一般在文物打印工作中運(yùn)用較多的是SLA技術(shù)，工作人員在完成數(shù)字全息影像掃描軟件數(shù)字修復(fù)之后，再利用專業(yè)的SLA技術(shù)進(jìn)行文物復(fù)刻。在掃描過程中，激光作用下的點(diǎn)位掃描可以將精確度縮小到0.001 μm，使得原文物中的紋理、銘文等均能夠?qū)崿F(xiàn)1∶1的復(fù)刻，并且在顏色上能夠與原文物保持一致，極大地解決了手工翻模復(fù)刻對(duì)于文物的損壞問題。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，西藏地區(qū)具有豐富的人文底蘊(yùn)，所以文物遺產(chǎn)保護(hù)工作也逐漸被提上日程，為了更好地保護(hù)文物完整，3D建模技術(shù)運(yùn)用十分必要，該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提升文物遺產(chǎn)保護(hù)工作效率，同時(shí)也極大地保證了我國(guó)物質(zhì)文物遺產(chǎn)的傳承。

[1]何勇.大型高浮雕石質(zhì)文物的數(shù)字化探索:以云岡石窟為例[J].中國(guó)文化遺產(chǎn),2016(2):30-33.

[2]彭勇,姚曉偉,胡勇杰.三維激光掃描技術(shù)在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用研究[J].城市勘測(cè),2016(3):97-100.

[3]董春波.三維數(shù)字化造型在雕塑藝術(shù)中的運(yùn)用研究[D].武漢:武漢紡織大學(xué),2016:53-58.

[4]何曉麗,牛加明.三維數(shù)字化技術(shù)在非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用研究:以肇慶端硯為例[J].藝術(shù)百家,2016(3):231-233.

Analysis on the Function of 3D Modeling in Tibet Heritage Conservation

ZHAO Qing1，2，LI Xinliang1，2
（1. Xizang Key Laboratory of Optical Information Processing and Visualization Technology，Xianyang Shaanxi 712082,China; 2. The Department of Information Engineering Xizang University for Nationalities ，Xianyang Shaanxi 712082,China）

3D modeling is the key technology to protect cultural relics,in order to protect the Tibet traditional cultural heritage as the premise,fromthree aspects as 3D scanning,digital 3D printing software,,analysis the function of 3D modeling in the protection of the cultural heritage of Tibet in the Chinese traditional culture and heritage has played a positive meaning.

3D modeling; 3D software; Tibet; heritage conservation

G03

：A

趙青（1991-），女 ，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槲鞑孛褡逦幕Ｗo(hù)研究。 E-mail:345904424@qq.com.