基于三維掃描與3D打印技術(shù)的城市雕塑

羅偉安

摘 要：數(shù)字技術(shù)在各行業(yè)的跨領(lǐng)域融合發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的潮流，城市雕塑行業(yè)也順應(yīng)潮流在技術(shù)流程、表現(xiàn)語言上不斷變革;且隨著技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)升級(jí)以及成本的降低，數(shù)字技術(shù)在城市雕塑的創(chuàng)作中越來越體現(xiàn)出便捷性、個(gè)性化的優(yōu)勢(shì)。因此本文將以數(shù)字化語境為背景，以基于三維掃描和3D打印技術(shù)創(chuàng)作的城市雕塑為研究對(duì)象，將新舊制造方式進(jìn)行對(duì)比，對(duì)城市雕塑的數(shù)字化產(chǎn)業(yè)變革現(xiàn)狀與前景進(jìn)行分析，從而探究跨領(lǐng)域數(shù)字技術(shù)背景下，藝術(shù)與科技的有機(jī)融合與促進(jìn)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：三維掃描;3D打印;城市雕塑

中圖分類號(hào)：J3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-0905（2020）08-0-02

數(shù)字技術(shù)與雕塑的融合起源于20世紀(jì)九十年代，最初是作為實(shí)驗(yàn)性雕塑形式和新材料探索的課題被西方藝術(shù)創(chuàng)作者采用的，其中以數(shù)字雕刻為主要?jiǎng)?chuàng)作手法的流派在創(chuàng)世之初就受到了市場(chǎng)的青睞，為雕塑創(chuàng)作提供了一種新穎的途徑;而后，隨著技術(shù)進(jìn)步，3D打印作為一種新型材料和成型技術(shù)豐富了城市雕塑的表現(xiàn)形式;與3D打印技術(shù)相輔相成的三維掃描技術(shù)也很快被藝術(shù)家們應(yīng)用起來。這些數(shù)字化的雕塑技術(shù)使城市雕塑作品的材料更多元、造型更獨(dú)特、構(gòu)成方式更加具有現(xiàn)代感和科技感，互動(dòng)體驗(yàn)更加多姿多彩。可以說，這是數(shù)字化背景下，科技與藝術(shù)融合的積極表現(xiàn)，具有良好的未來發(fā)展前景。[1]

一、數(shù)字化語境下的城市雕塑

2007、2008年的時(shí)候，南加州建筑學(xué)院普遍使用3D打印方法來制作模型，并且是使用工業(yè)級(jí)別的SLS設(shè)備。隨著技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在3D打印不僅可以打印微小的物品甚至可以顛覆傳統(tǒng)的建筑行業(yè)的制造方式。這種技術(shù)壁壘的迅速突破，使得數(shù)字技術(shù)在越來越多的領(lǐng)域完成了產(chǎn)業(yè)化升級(jí)完善，在雕塑行業(yè)的完成率是相對(duì)較高的。目前已經(jīng)存在以數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)字雕刻結(jié)合三維掃描后的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行3D打印的完整城市雕塑作品。例如2019年，《追夢(mèng)》《源夢(mèng)》兩組城市景觀亮相黑龍江省大市高新區(qū)，雕塑主體部分由高新區(qū)本土企業(yè)多維時(shí)空科技有限公司采用3D打印技術(shù)制作完成，為目前國(guó)內(nèi)最大的3D打印城市景觀?？梢哉f這種流程的閉環(huán)標(biāo)志著數(shù)字技術(shù)（以三維掃描和3D打印為主要技術(shù)核心）在城市雕塑行業(yè)的正式應(yīng)用，未來十分可期。[2]

二、城市雕塑中的數(shù)字化表現(xiàn)

（一）數(shù)字雕刻

數(shù)字雕塑技術(shù)在雕塑行業(yè)主要指利用數(shù)字雕塑軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模型的創(chuàng)作，創(chuàng)作出來的數(shù)字模型可以結(jié)合3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)體化;也可以結(jié)合通過圖紙或者參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化處理，結(jié)合三維掃描技術(shù)進(jìn)行二次創(chuàng)作。數(shù)字技術(shù)與城市公共藝術(shù)的結(jié)合從20世紀(jì)60年代就已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家萌芽，這種技術(shù)和傳統(tǒng)工藝并非涇渭分明的，更多的是一種對(duì)表達(dá)的補(bǔ)充或者空間上的創(chuàng)新。然而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及各領(lǐng)域的融合深入，數(shù)字雕塑已經(jīng)從簡(jiǎn)單的造型手段向更加多維化的方向發(fā)展。且隨著從業(yè)人數(shù)的不斷增加，數(shù)字雕塑也從實(shí)驗(yàn)雕塑和工作室小制作逐步產(chǎn)業(yè)化，集約化，成了現(xiàn)代雕塑行業(yè)中的一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。[3]

（二）三維掃描

三維掃描技術(shù)是一種獲取物體表面各點(diǎn)空間坐標(biāo)的技術(shù)。目前市場(chǎng)上比較常用的包括激光點(diǎn)掃描測(cè)量技術(shù)、激光線掃描三維測(cè)量技術(shù)、結(jié)構(gòu)光掃描三維測(cè)量技術(shù)、它們各具特性（表1），另外還有聲波、紅外線、CT三維掃描儀，這種常用于礦產(chǎn)探測(cè)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)等內(nèi)部掃描，在此不做贅述。這些掃描儀中，最受到數(shù)字雕塑行業(yè)青睞的是工業(yè)級(jí)手持結(jié)構(gòu)光三維掃描儀。

雕塑創(chuàng)作者使用三維掃描儀的方式一般有兩種，一種是掃描創(chuàng)作小稿，之后應(yīng)用數(shù)據(jù)信息進(jìn)行下一步放大稿的制作;另一種是對(duì)實(shí)物掃描，直接利用實(shí)物外形信息進(jìn)行雕塑創(chuàng)作。雕塑工作室材料和輔助設(shè)備繁雜，不易搬運(yùn)，手持掃描儀憑借輕巧便攜的優(yōu)勢(shì)，更加適合雕塑工作環(huán)境。

（三）3D打印

3D打印又名增材制造，傳統(tǒng)雕塑技法中的“雕”與“塑”，實(shí)際上和3D打印本身具有相通之處，只是在實(shí)現(xiàn)順序和方式上有區(qū)別。3D打印技術(shù)基本形成了一套體系，可以更好地適應(yīng)雕塑藝術(shù)語言表達(dá)的需要，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間物化。

（四）數(shù)字技術(shù)在城市雕塑制作中的流程

一般來說，雕塑創(chuàng)作與制作的流程方案有以下兩種：第一種傳統(tǒng)模式，首選是設(shè)計(jì)創(chuàng)意稿和效果圖，然后藝術(shù)家會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)稿進(jìn)行小稿的創(chuàng)作，一般使用油泥、雕塑泥等，小稿通過反復(fù)修改形成終稿，通過泥塑放大稿，大稿再經(jīng)過委托方的審核修改后翻制成石膏或者玻璃鋼模型，也有不銹鋼、銅或者混凝土等材料。比較大的模型還要分塊翻制，最后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接再安裝和上色。這種模式每一個(gè)環(huán)節(jié)必須要有很好的溝通，否則任何環(huán)節(jié)出問題，都可能造成下一環(huán)節(jié)的制作困難。數(shù)字化技術(shù)引入之后，漸漸產(chǎn)生了另一種新型的產(chǎn)業(yè)流程，首先根據(jù)創(chuàng)作意圖畫稿子，然后由專業(yè)人員將創(chuàng)意稿進(jìn)行數(shù)字化，一般會(huì)制作三維模型，這個(gè)過程中，雖然同樣需要進(jìn)行反復(fù)的修改，審核，但是由于數(shù)字技術(shù)的特殊性，修改起來確實(shí)比傳統(tǒng)泥塑方式要便捷一些，另外現(xiàn)代三維數(shù)字軟件的真實(shí)渲染技術(shù)可以模擬最終實(shí)物的真實(shí)效果，在環(huán)境中的位置，大小，表面的肌理，色彩，如果有聲光電模塊，也可以同樣用效果圖展示，方便了創(chuàng)作者和委托方的溝通交流。數(shù)字稿完成后，可以通過三維打印技術(shù)進(jìn)行制作，目前的打印技術(shù)可以打印樹脂、金屬、混凝土砂漿等各種材料，據(jù)說木質(zhì)材料的3D打印機(jī)也在開發(fā)中，不久即可面世，這一步直接省略了翻制環(huán)節(jié)，大大改善了傳統(tǒng)翻制中的損耗，變形等問題。較大的雕塑可以分體打印，制作完成后運(yùn)輸?shù)侥康牡剡M(jìn)行安裝。當(dāng)然，也有一些雕塑類型，可以通過大型機(jī)械臂打印機(jī)在安裝目的地實(shí)地打印，省去了物流等環(huán)節(jié)。第二種基本類似，只不過不是直接用電腦三維建模創(chuàng)作雕塑，而是通過三維掃描技術(shù)對(duì)小稿或者實(shí)物進(jìn)行掃描，轉(zhuǎn)化成數(shù)字模型后進(jìn)行進(jìn)一步的制作安裝。無論是哪一種方式，在制作特定材料的雕塑模型時(shí)確實(shí)有較好的效率提升，誤差也大大降低了。

三、數(shù)字技術(shù)創(chuàng)作城市雕塑與傳統(tǒng)方式的對(duì)比

（一）數(shù)字雕刻的可復(fù)制性

數(shù)字雕塑的可復(fù)制性是和傳統(tǒng)雕塑有較大差異的特點(diǎn)。對(duì)于石膏和玻璃鋼雕塑，熟練工人可以翻制3到5個(gè)模型，鑄銅和硅膠等材質(zhì)可能可以翻制10個(gè)左右，但是其復(fù)制是具有很大的損耗風(fēng)險(xiǎn)，所以第一個(gè)作品往往是最具有價(jià)值的，這種特性具有兩面性，一方面他對(duì)生產(chǎn)效率有一定制約，但另一方面，這也是很多傳統(tǒng)工藝本身的價(jià)值所在。相比較而言，數(shù)字雕塑的可復(fù)制性非常強(qiáng)，產(chǎn)品本身只是一些數(shù)據(jù)，非常適應(yīng)工業(yè)化社會(huì)對(duì)于效率和便捷性的要求，但是同樣的大批量復(fù)制的作品的價(jià)值本身值得商榷，版權(quán)問題也困擾著數(shù)字雕塑藝術(shù)家。

（二）3D打印的便捷性

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：一是，節(jié)約材料，模擬產(chǎn)品成型前的效果，從而降低后期的修改成本。二是，高精度和復(fù)雜性，最薄壁厚可以達(dá)到0.025毫米。三是，可以先用軟件生成任何形狀，不需要借助傳統(tǒng)模具;第四，它可以在電腦上自動(dòng)、準(zhǔn)確、快速地轉(zhuǎn)換成一個(gè)計(jì)算機(jī)虛擬模型，有效縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。第五，能夠在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)打印成實(shí)物，讓藝術(shù)家能夠在短時(shí)間內(nèi)看到從平面圖到實(shí)物的初步效果，方便進(jìn)一步修改。

（三）三維掃描的精確復(fù)原特性

三維激光掃描儀不僅簡(jiǎn)化了翻制大稿的數(shù)據(jù)采集流程，它本身對(duì)以實(shí)物為參照的雕塑創(chuàng)作是一個(gè)沖擊，作為一種高科技工具，三維激光掃描儀給雕塑家提供一種自動(dòng)化途徑。特別是在城市雕塑中，常常需要以一些歷史文物和著名地標(biāo)為元素進(jìn)行雕塑稿創(chuàng)作，通過三維掃描儀，可以精確采集對(duì)象物的外形和紋理信息，更加精確、便捷。并且這種數(shù)據(jù)采集往往通過一臺(tái)電腦和一部手持掃描儀即可完成，方便快捷，對(duì)被采集物也不會(huì)有絲毫的損壞。

四、結(jié)束語

綜上所述，基于三維掃描和3D打印的數(shù)字技術(shù)在城市雕塑中的應(yīng)用拓展，已經(jīng)是一種較為成熟的制作工藝。作為一種設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)，它對(duì)傳統(tǒng)雕塑設(shè)計(jì)產(chǎn)生了不小的沖擊，可能還會(huì)逐步擴(kuò)大對(duì)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和從業(yè)人員的影響。然而這種沖擊和影響不完全是負(fù)面的，科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的創(chuàng)意和效率，不僅可以有效地為藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師們提供靈感，也對(duì)整個(gè)城市雕塑產(chǎn)業(yè)升級(jí)和理念革新產(chǎn)生源源不斷的技術(shù)力量。在這樣一個(gè)崇尚效率、科技感、交互感和以人為本的公共藝術(shù)環(huán)境下，在城市雕塑中融入新的材料、形式、表達(dá)，具有可發(fā)展的光明的未來。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃德荃.3D打印 極致盛放[J].裝飾，2015（08）：52-57.

[2]陳駿，冷柯.基于虛擬現(xiàn)實(shí)及3D打印技術(shù)下的公共雕塑制造系統(tǒng)[J].設(shè)計(jì)，2015（15）：26-27.

[3]王亞娟.3D打印雕塑作品“凝聚”系列創(chuàng)作實(shí)踐[D].廈門大學(xué)，2018.