新型立體分光采集技術(shù)在館藏油畫3D數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用研究

李洋 趙丹丹

摘 要 以油畫立體噴墨打印復(fù)制為需求，通過對不同數(shù)據(jù)采集方式的對比，選擇一種新型立體分光技術(shù)對油畫作品進(jìn)行表面三維數(shù)據(jù)采集，該種技術(shù)在文博領(lǐng)域?qū)儆谑状螒?yīng)用，根據(jù)實(shí)際工作案例研究該技術(shù)在館藏油畫作品表面三維數(shù)據(jù)采集過程中的應(yīng)用效果、存在問題及解決方案。為文博領(lǐng)域油畫作品的數(shù)據(jù)信息采集、復(fù)制提供一種新的解決方案。

關(guān)鍵詞 油畫作品 立體分光技術(shù) 三維數(shù)據(jù)采集 立體打印

0 引言

油畫作為現(xiàn)代意義上的“世界畫種”，上承中華文化根源，下立時(shí)代生活大地。中國國家博物館從1951年開始，經(jīng)歷1959年、1964年、1972年，曾進(jìn)行四次組織大規(guī)模的歷史題材的美術(shù)創(chuàng)作，創(chuàng)作了一大批在新中國美術(shù)史上占有重要地位的美術(shù)作品，書寫了新中國美術(shù)史上的重要的篇章。目前，中國國家博物館“屹立東方——館藏經(jīng)典美術(shù)作品展”更是以油畫為主，以油畫的形式紀(jì)錄了從建黨到建國這一歷史階段重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)和歷史事件，具有重要的歷史和藝術(shù)價(jià)值。但是，隨著時(shí)間流逝，很多珍貴的油畫受繪畫技法、材料、保存環(huán)境等原因，在長時(shí)間保存或展覽情況下，容易出現(xiàn)龜裂、起翹、變色等病害，油畫藝術(shù)品的高品質(zhì)信息的采集、復(fù)制保護(hù)極為重要和迫切。

本次油畫的三維數(shù)據(jù)采集以油畫復(fù)制需求為驅(qū)動，通過首次嘗試采用新型立體分光采集技術(shù)的方法，解決更加精準(zhǔn)留存油畫表面3D數(shù)據(jù)、以及油畫復(fù)制過程中紫外線固化數(shù)碼噴墨（UV curable digital ink-jet ink，以下簡稱：UV噴墨）立體打印的問題。

1 研究背景

油畫作為書畫作品的一種形式，其采集方式與書畫類作品的采集方式類似，常用的一般為高保真拍攝、高精度平面掃描、多光譜信息采集，但是由于油畫作品本品會有筆觸較為強(qiáng)烈的筆觸凹凸感，因此為了采集得到的數(shù)據(jù)能夠體現(xiàn)其立體的筆觸信息，在采集方式上也會利用三維采集技術(shù)進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集。無論采用哪種采集方式，數(shù)據(jù)都能夠滿足油畫的UV噴墨打印需求，但是若需要對油畫進(jìn)行立體打印，則需要使用油畫的三維數(shù)據(jù)才能夠?qū)崿F(xiàn)。本文以中國國家博物館油畫數(shù)據(jù)采集和復(fù)制工作為基礎(chǔ)，以滿足高精度油畫噴墨與立體打印為需求，通過對多種采集方法的研究，根據(jù)數(shù)據(jù)最終復(fù)制效果，選擇一種能夠滿足需求的最佳的油畫3D數(shù)據(jù)采集方法。

1.1 油畫數(shù)據(jù)采集技術(shù)現(xiàn)狀

油畫的數(shù)字化采集主要是指利用采集設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)、平面掃描儀、三維掃描儀等獲取油畫的數(shù)字圖像，再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，色彩管理等，最終輸出高質(zhì)量的數(shù)字圖像的過程。根據(jù)采集設(shè)備，數(shù)據(jù)類型的不同，油畫數(shù)據(jù)采集的方式一般為拍攝方式的數(shù)據(jù)采集、平面掃描方式的數(shù)據(jù)采集、三維方式的數(shù)據(jù)采集、多光譜成像方式的數(shù)據(jù)的采集等。數(shù)字技術(shù)的引入，為數(shù)字化保護(hù)帶來了技術(shù)上的革新，數(shù)字化信息采集以其效率高、信息采集更為準(zhǔn)確和豐富、信息儲存方便和普適性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)滿足展覽、保護(hù)研究和復(fù)制等各方面的應(yīng)用需求。

1.2 油畫主要采集方式簡述及存在問題

（1）數(shù)碼相機(jī)高保真拍攝技術(shù)

通過數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行油畫表面紋理信息的高精度拍攝，從而獲取高保真油畫二維影響數(shù)據(jù)。拍攝方法主要分為單次拍攝和多次拍攝拼接的方式。隨著數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展，所用的采集設(shè)備一般為專業(yè)的高分辨率掃描式數(shù)碼后背進(jìn)行拍攝，最高像素已經(jīng)能夠達(dá)到上億像素。該種技術(shù)方法被廣泛應(yīng)用國內(nèi)外書畫作品的高保真數(shù)據(jù)留存中，例如英國的MARC（藝術(shù)品彩色復(fù)制方法）項(xiàng)目利用掃描式數(shù)碼后背完成了藝術(shù)書畫作品從精確拍攝到精確打印的全流程復(fù)制工作。英國倫敦通訊學(xué)院利用數(shù)碼后背多次分塊的拍攝拼接方式實(shí)現(xiàn)了對壁畫的高保真數(shù)據(jù)留存，故宮博物院曾采用2億像素的掃描式數(shù)碼后背對館藏清代畫家王鑒《山水冊頁》等多幅畫作進(jìn)行高保真數(shù)據(jù)的拍攝，并順利完成了復(fù)制工作。

該種拍攝方法優(yōu)勢主要在于不受作品尺幅限制，但是由于目前感光元件密度大大增加，會存在鏡頭失真，布光不均等問題，會影響數(shù)據(jù)的保真度。而對于油畫來說，其繪畫材質(zhì)本身具有反光性，會更加存在拍攝反光、光斑等問題，且油畫本身都具有一定的筆觸細(xì)節(jié)，最關(guān)鍵的問題是采用拍攝技術(shù)并不能獲取油畫表面的幾何信息。所獲取的數(shù)據(jù)不能滿足油畫的立體噴墨打印復(fù)制需求。

（2）高精度大幅面平面掃描儀平面掃描技術(shù)

高精度大幅面平面掃描儀原理主要分為CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，數(shù)碼攝影中的圖像傳感器）技術(shù)的線性光電圖像傳感器掃描和矩陣型CMOS掃描兩種方式，線性光電圖像傳感器掃描儀使白色光線逐行掃描文檔，利用線性光電圖像傳感器來捕捉RGB三色，影像通過鏡頭，然后再呈現(xiàn)到線性光電圖像傳感器上，光源和線形光電圖像傳感器在掃描過程中相對靜止，掃描平臺移動，且在移動中同步完成曝光操作。采用線性掃描的方式，在顏色失真，亮度失真，反光問題等方面可以做到很小。最高物理光學(xué)分辨率可達(dá)到2200 dpi（Dots Per Inch 每英寸范圍內(nèi)像素點(diǎn)數(shù)量）。

但是，由于掃描平臺的尺寸原因，且實(shí)際掃描范圍與分辨率會相互制約。對于大幅面油畫的高保真數(shù)據(jù)采集會受到限制。目前此類掃描儀平臺最大幅面為150 cm × 250 cm。由于該類設(shè)備拆卸難度較大、可移動性較低，一般需要將油畫搬運(yùn)至設(shè)備所在位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

在文博領(lǐng)域?qū)τ跁嬵悢?shù)據(jù)采集一般采用數(shù)碼相機(jī)高保真拍攝或者平面掃描的方式進(jìn)行，但是由于大幅面平面掃描設(shè)備價(jià)格較為昂貴，且掃描平臺尺寸有限，對于大尺幅的油畫采集采用數(shù)碼相機(jī)高保真拍攝方式會具有一定優(yōu)勢。但是，與拍攝采集技術(shù)一樣，平面掃描的方式獲取的數(shù)據(jù)為二維圖像數(shù)據(jù)，同樣不能滿足油畫立體打印的需求。

（3）三維掃描儀或近景攝影測量方式進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)

三維數(shù)據(jù)的獲取在技術(shù)原理上不同于拍攝和平面掃描，主要是通過利用特殊的技術(shù)獲取物體表面數(shù)據(jù)并通過算法轉(zhuǎn)換為物體對應(yīng)的空間坐標(biāo)，其數(shù)據(jù)一般是一定數(shù)量的點(diǎn)的集合，稱之為點(diǎn)云數(shù)據(jù)。隨著市場上三維采集技術(shù)、3D打印技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逐漸成熟，近幾年國內(nèi)外博物館在三維采集技術(shù)的應(yīng)用也較為廣泛。意大利Gabriele Guidi等運(yùn)用變頻激光實(shí)現(xiàn)多納泰羅的大衛(wèi)像三維建模，英國大英博物館曾利用CT掃描儀對館藏120具木乃伊層層進(jìn)行了三維掃描，并結(jié)合虛擬技術(shù)，使研究人員能夠?qū)訉觿冸x木乃伊，分析骨盆和牙齒。在國內(nèi)，中國國家博物館、故宮博物院，首都博物館，上海博物館，廣東省博物館等眾多博物館均利用三維技術(shù)對館藏文物進(jìn)行三維數(shù)字化，并推出小程序或APP如“云端國博”“故宮多寶閣”等進(jìn)行文物三維數(shù)據(jù)展示。

上述案例中，更多的是對遺址類、器物類采用三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)，書畫類作品由于屬于平面類，進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集的情況較少。但是由于油畫的繪畫材料和繪畫方式使得油畫表面具有高低不平的筆觸信息，有一定的凹凸感，同時(shí)油畫框的制作工藝較為精美，也有采用三維采集技術(shù)對油畫作品進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集。但是，經(jīng)實(shí)踐研究，采用此種方法進(jìn)行油畫三維數(shù)據(jù)采集，所得到的數(shù)據(jù)格式不能直接用于UV噴墨立體打印，需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，目前尚未有十分成熟的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究和實(shí)驗(yàn)。

（4）多光譜成像方式采集技術(shù)

目前，雖然采用數(shù)碼拍攝和高精度平面掃描的方式已經(jīng)能夠成功實(shí)現(xiàn)油畫色彩信息的高度還原，但是由于同色異譜的本質(zhì)特性，在不同的觀察條件下和場景下，采集所得到的顏色信息不能夠高精度匹配，為減弱或消除同色異普色帶來的負(fù)面影響，采用多光譜采集技術(shù)，利用用光譜反射率而非色度值進(jìn)行顏色信息的采集、處理、傳輸與再現(xiàn)，屬于一種無條件配色的范疇，從根本上保證了顏色數(shù)據(jù)處理與傳輸再現(xiàn)的唯一性。多光譜成像數(shù)據(jù)采集可以最全面、最準(zhǔn)確的保存油畫顏色信息，對于顏色的復(fù)制具有重要的應(yīng)用意義，主要技術(shù)采集流程如圖1所示。英國國家美術(shù)館、美國孟塞爾顏色科學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及芬蘭約恩蘇大學(xué)等利用多光譜圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備對多件藝術(shù)品原稿進(jìn)行多光譜數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)藝術(shù)原稿的高保真數(shù)字再現(xiàn)。但是與拍攝采集方式類似，利用多光譜技術(shù)采集所得到的油畫的影像數(shù)據(jù)，不支持油畫的立體噴墨打印需求。

2 立體分光技術(shù)引入館藏油畫3D數(shù)據(jù)采集的設(shè)想

通過明確油畫立體噴墨打印的復(fù)制需求，所提供的油畫3D數(shù)據(jù)分辨率為350 dpi以上，數(shù)據(jù)種類三種，分別為二維彩色數(shù)據(jù)和灰度數(shù)據(jù)，以及光油層數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為TIFF格式。經(jīng)過需求分析并結(jié)合上述幾種采集方式的對比，以上采集技術(shù)方法在復(fù)制效果、便捷程度、算法實(shí)踐上都存在相應(yīng)的問題。經(jīng)過全方面的市場調(diào)研，了接到采用立體分光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對油畫表面3D數(shù)據(jù)的采集，并完全能夠支持油畫立體復(fù)制的要求。與三維采集技術(shù)最主要的區(qū)別在于三維數(shù)據(jù)的獲取并不是通過三維掃描儀或攝影測量的方式直接獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而是利用平面掃描的方式，在通過改變光照方向下獲取多張平面二維影像數(shù)據(jù)，再利用數(shù)據(jù)疊加和單獨(dú)的計(jì)算方法最終得到三維數(shù)據(jù)。該種采集技術(shù)目前暫未在文博領(lǐng)域有過相關(guān)的應(yīng)用案例。雖然可參考案例不多，但是可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證該種采集方案的可行性。

2.1 立體分光采集技術(shù)原理

立體分光技術(shù)主要是利用高精度大型平面掃描儀結(jié)合偏光裝置對油畫進(jìn)行平面掃描，并通過層層疊加算法最終獲取油畫表面的立體灰度數(shù)據(jù)（3D數(shù)據(jù)）、二維彩色數(shù)據(jù)。立體分光法是一種基于明暗色調(diào)計(jì)算3D模型方法，立體分光掃描要求的圖像取自同一視角方向但是需要有來自至少三個(gè)方向的不同的已知光源，立體分光首先確定垂直線，垂直線有很高精度，既視覺表現(xiàn)是準(zhǔn)確的，從垂直線推導(dǎo)出表面形狀，垂直線是假設(shè)的一組陣列，它們像小柱子一樣粘在表面上并總是垂直于表面，垂直線確定了表面的明暗度，也就是80 %的視覺外觀。大型平面掃描儀都裝有雙側(cè)LED光源，通過利用偏光掃描裝置可獲取四種不同的光照效果，從而可以獲取不同的二維彩色圖像。通過設(shè)備所關(guān)聯(lián)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加計(jì)算，最終可獲得油畫表面的三維數(shù)據(jù)。

2.2 立體分光技術(shù)在油畫3D數(shù)據(jù)采集中的優(yōu)勢

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果并結(jié)合最終UV噴墨立體打印的效果得出，采用立體分光技術(shù)獲取油畫的三維數(shù)據(jù)比采用三維掃描儀或近景攝影測量的方式獲得的數(shù)據(jù)在色彩上更加真實(shí)，且精度較高，能夠獲得更多的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，同時(shí)對于油畫的數(shù)據(jù)采集可以直接提取油畫表面的光油層信息，油畫光油層數(shù)據(jù)的提取是三維采集設(shè)備等其他方式不能獲取的。其次，在利用UV噴墨立體打印技術(shù)進(jìn)行油畫復(fù)制的過程中，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換即可直接應(yīng)用。打印出的效果與原畫作的相似度較高。

2.3 初次實(shí)驗(yàn)測試

館藏油畫屬于珍貴文物，為保護(hù)文物安全，對于采集方案得制定和測試要采用類似藝術(shù)品、工藝品等，本次實(shí)驗(yàn)以小幅油畫藝術(shù)品為實(shí)驗(yàn)樣品，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，樣品尺寸約為25 cm × 30 cm，表面筆觸細(xì)節(jié)較為明顯，分辨率設(shè)定為600 dpi，分別采集二維色彩圖像及灰度圖像，數(shù)據(jù)格式為TIFF格式，采集時(shí)間約為40 min，后期處理時(shí)間約為20 min。本次實(shí)驗(yàn)的目的主要測試立體份光技術(shù)所獲取的油畫表面3D數(shù)據(jù)是否能夠真正滿足油畫的立體打印。根據(jù)最終的反饋，該種技術(shù)能夠滿足油畫立體打印，其色彩還原度較好，數(shù)據(jù)精度較高。可以嘗試采用該種技術(shù)進(jìn)行館藏油畫作品表面3D數(shù)據(jù)的采集。

2.4立體分光技術(shù)在油畫3D數(shù)據(jù)實(shí)際采集中可能存在的問題及解決方案

通過對樣品采集實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行觀察分析，推測出在館藏油畫實(shí)際數(shù)據(jù)采集過程可能存在的問題如下：

（1）掃描平臺尺寸限制，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次需要采集的幾幅油畫平均尺寸為200 cm × 300 cm之間，而設(shè)備采集平臺尺寸為160 cm × 270 cm，直接將油畫平放在掃描平臺上，支撐面不夠大，會存在油畫框斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）掃描范圍與分辨率相互制約的問題，采集設(shè)備單幅最大的掃描幅面為150 cm × 250 cm，其對應(yīng)的分辨率只能為250 dpi，因此需要根據(jù)分辨率重新計(jì)算單幅掃描范圍，其公式為14 400 × 2.54÷分辨率=掃描寬度（cm），若分辨率過高，達(dá)到600 dpi，那么有效掃描寬度60 cm，對于大尺幅油畫來說增加了油畫挪動的次數(shù)以及采集時(shí)間，從而會大大增加文物的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）油畫后期數(shù)據(jù)處理時(shí)，要根據(jù)油畫表面筆觸深淺，調(diào)整灰度值。

解決方案：

（1）根據(jù)館藏油畫的平均尺寸，結(jié)合設(shè)備承重及安全考慮，在設(shè)備原有掃描平臺的基礎(chǔ)上定制延長板，增加長度和寬度，增加后的掃描平臺可采集350 cm × 250 cm尺幅大小的油畫。

（2）根據(jù)有效掃描范圍，油畫尺寸，估算最佳掃描分辨率，最終確定掃描分辨率設(shè)置為350～400 dpi之間最宜。

（3）評估油畫的筆觸高度，根據(jù)實(shí)際立體打印校對效果，設(shè)置后期數(shù)據(jù)處理軟件灰度值，最佳灰度值設(shè)置為4。

2.5 采集過程中的注意事項(xiàng)

對于文博工作者來說，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中，最重要的工作就是保障全過程的文物安全。對于油畫的數(shù)據(jù)采集，要結(jié)合采集方式進(jìn)行文物現(xiàn)狀的評估工作，無論是運(yùn)輸、擺放過程，還是采集現(xiàn)場，都要優(yōu)先考慮文物安全問題。在采用立體分光采技術(shù)進(jìn)行油畫的三維數(shù)據(jù)采集過程中，根據(jù)不同油畫的尺寸，采集時(shí)間也各不相同，以本次采集工作為例，根據(jù)油畫原稿尺寸，采集時(shí)間約為7 h。由于采集方式需要將油畫整體進(jìn)行平放在掃描臺上，由于采集時(shí)間過長，為保障長時(shí)間平放的情況下油畫布不會出現(xiàn)向下塌陷的情況，需要提前增加背襯板進(jìn)行畫布支撐。除此之外，由于油畫的數(shù)據(jù)采集一般為帶框采集，掃描平臺有承重要求，在油畫數(shù)據(jù)采集過程中要評估油畫的整體重量，以保證安全。在采集過程中，要實(shí)時(shí)觀察油畫的現(xiàn)狀，也可增加相應(yīng)的安全輔助設(shè)施，尤其在大幅油畫的采集過程，要充分考慮采集平臺的延長板的長度和安全。為保障采集顏色信息的準(zhǔn)確性，要保障采集環(huán)境和燈光避免受外界條件的影響。

3 立體分光技術(shù)在油畫數(shù)據(jù)采集及3D復(fù)制中的應(yīng)用案例

以館藏《狼牙山五壯士》油畫為例，采用立體分光技術(shù)進(jìn)行油畫3D數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用藝術(shù)信息還原度更高的三維打印技術(shù)和藝術(shù)微噴技術(shù)結(jié)合新的油畫3D打印技術(shù)復(fù)制油畫。

3.1 油畫作品簡介

館藏《狼牙山五壯士》由詹建俊于1958年創(chuàng)作，該作品塑造了5位八路軍戰(zhàn)士紀(jì)念碑雕塑式的英雄群像，著力突出戰(zhàn)斗中的人民對國家命運(yùn)的信心和作為歷史主體的高昂精神，這幅作品也成為我國現(xiàn)代美術(shù)史上的經(jīng)典之作之一。這幅紀(jì)念碑式的油畫的成功，除了它英雄主義的、革命浪漫主義的構(gòu)思之外，還得力于其中蘊(yùn)藏的大刀闊斧的繪畫語言與主題相吻合、相協(xié)調(diào)所產(chǎn)生的震撼人心的力量。該油畫于1959年入藏于中國國家博物館。油畫外框尺寸221 cm × 270 cm × 14 cm，畫布尺寸為186 cm × 236 cm，經(jīng)現(xiàn)狀評估，該幅油畫整體現(xiàn)狀良好，畫面整體筆觸較大，肌理感明顯。

3.2 采集設(shè)備簡介

本次油畫3D數(shù)據(jù)采集所用的設(shè)備為德國CRUSE 295ST高精度大型平面掃描儀，單幅最大掃描幅面為150 cm × 250 cm，光學(xué)分辨率最高可達(dá)2 000 dpi，顏色深度可達(dá)48 bit。掃描平臺尺寸為160 cm × 260 cm，由于館藏油畫尺寸較大，為保障數(shù)據(jù)采集過程中的文物安全，在原有平臺上進(jìn)行支撐面擴(kuò)展，擴(kuò)展后平臺的尺寸為360 cm × 340 cm。光線角度裝置一組，如圖2所示。

[圖2 CRUSE大幅面平面掃描設(shè)備]

3.3 數(shù)據(jù)采集主要工作流程

依據(jù)油畫尺寸進(jìn)行采集時(shí)間評估，該幅油畫信息采集計(jì)劃完成時(shí)間約需6 h。為保障在長時(shí)間采集的情況下避免油畫布向下塌陷造成不可逆的傷害，在油畫背部增加背襯板支撐保護(hù)，確保文物安全。結(jié)合油畫尺寸、數(shù)據(jù)量大小及復(fù)制需求確定采集分辨率，此次采集分辨率設(shè)定為400 dpi，即滿足文物研究、文物復(fù)制需求的基本需求，又提高工作效率，降低由于采集時(shí)間過長對文物造成的不可預(yù)估的傷害。根據(jù)單次最大掃描尺寸進(jìn)行油畫分塊采集，此次油畫共分六塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每塊采集方式相同。此以單塊為例進(jìn)行說明。由于該設(shè)備采用內(nèi)置色卡，在設(shè)備初始狀態(tài)下已完成色彩管理，在后續(xù)的采集過程中可不必再單獨(dú)放置色卡。平面掃描設(shè)備上配有一組（2個(gè)）LED光源，可通過軟件進(jìn)行控制，第一步采集油畫表面的彩色信息時(shí)，要保障一組光源均為打開的狀態(tài)。完成表面彩色信息的采集后，再進(jìn)行油畫灰度數(shù)據(jù)的采集。主要方法如下：

（1）在LED光源燈架上安裝光線角度裝置，簡稱光柵條，首先在左側(cè)LED燈架上安裝，光柵條方向?yàn)橄騼?nèi)。

（2）安裝完成后，關(guān)閉右側(cè)LED燈光源，保持單燈（左側(cè)）光源開啟狀態(tài)。

（3）進(jìn)行第一次二維彩色數(shù)據(jù)采集，得到左側(cè)光源下向內(nèi)光柵的二維彩色數(shù)據(jù)簡稱L1。

（4）采集完成后，設(shè)備歸位，更換光柵條方向，由內(nèi)向改為外向，重復(fù)采集，得到左側(cè)光源下外向光柵的二維彩色數(shù)據(jù)簡稱L2。

（5）完成上述采集后，設(shè)備歸位。關(guān)閉左側(cè)LED光源。在右側(cè)LED光源架上安裝光線角度裝置。光柵條方向?yàn)閮?nèi)向。

（6）安裝完成后，打開右側(cè)LED光源，仍然保持單燈光源開啟。（右側(cè)）

（7）重復(fù)（3）（4）一樣的操作步驟，操作完成后分別得到右側(cè)光源下內(nèi)向和外向光柵的二維彩色數(shù)據(jù)R1、R2。

（8）上述操作完成后，取下光柵條，進(jìn)行光油層數(shù)據(jù)采集，切換模式參數(shù)到Glossy，打開雙LED光源，得到光油層數(shù)據(jù)。

以上為單塊油畫采集的步驟，其他部分均采用同種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3.4 數(shù)據(jù)格式與后期處理

完成數(shù)據(jù)采集后，數(shù)據(jù)的首次輸出格式為TIFF格式，并利用設(shè)備所提供的軟件“Cruse Design Studio”進(jìn)行分塊計(jì)算，完成分塊計(jì)算后，利用“PHOTOSHOP”進(jìn)行最終的彩色圖和立體灰度圖進(jìn)行拼接，調(diào)色。主要過程如下：將L1、L2、R1、R2四個(gè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入“Cruse Design Studio”中，進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加計(jì)算，并選擇輸出輸出數(shù)據(jù)類型，分別輸出立體灰度圖，光油層數(shù)據(jù)，二維彩色圖。以上為單塊油畫的數(shù)據(jù)處理方法，按同樣方式進(jìn)行其他部分的數(shù)據(jù)處理。完成所有部分的數(shù)據(jù)處理后，利用圖形處理軟件（例如“photoshop”）進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，先拼接二維彩色圖，然后將灰度圖拷貝進(jìn)彩色圖的新建通道里，對應(yīng)進(jìn)行灰度圖的拼接，全部拼接完成后即可得到帶有色彩和灰度信息的完整油畫數(shù)據(jù)。

在整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程中，數(shù)據(jù)校對工作也是重要的工作之一，采用立體分光技術(shù)應(yīng)用于采集油畫等大幅面平面物體表面立體信息的采集，輸出的紋理高度只是一個(gè)相對高度，并非油畫的實(shí)際厚度。因此，如需進(jìn)行復(fù)制工作，需要依據(jù)實(shí)際情況反復(fù)校對，必要時(shí)可以增加或者減小底材的打印厚度，使和原稿更為接近。

3.5 立體分光技術(shù)采集數(shù)據(jù)在油畫復(fù)制工作的應(yīng)用

油畫復(fù)制經(jīng)歷手工臨摹、機(jī)械復(fù)制、數(shù)碼復(fù)制等過程，發(fā)展為現(xiàn)代將數(shù)碼信息采集和藝術(shù)微噴技術(shù)和3D打印技術(shù)結(jié)合起來的，能更全面的呈現(xiàn)油畫藝術(shù)品特征的新技術(shù)。利用軟件將3D模型進(jìn)行分層處理，通過打印機(jī)噴頭用粘接劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面，層層粘結(jié)堆積后，最終形成三維實(shí)體，是一種新興的快速成形技術(shù)。

以中國國家博物館館藏油畫《狼牙山五壯士》為例，簡要講解立體分光技術(shù)采集的數(shù)據(jù)在新型打印技術(shù)復(fù)制領(lǐng)域的應(yīng)用及其優(yōu)劣勢和注意事項(xiàng)。

（1）制定復(fù)制方案：綜合參考待復(fù)制油畫《狼牙山五壯士》尺幅、紋理等藝術(shù)特征、現(xiàn)場條件和文物復(fù)制需求等因素，本次復(fù)制方案采用藝術(shù)信息還原度更高的三維打印技術(shù)和藝術(shù)微噴技術(shù)結(jié)合新的油畫3D打印技術(shù)復(fù)制技術(shù)。

（2）油畫信息采集：本次油畫作品信息采集采用立體分光采集技術(shù)，對油畫的色彩、圖案、光亮層、表面紋理深度等信息全面采集。采集數(shù)據(jù)分為灰度度數(shù)據(jù)、色彩數(shù)據(jù)和光油層數(shù)據(jù)三大類。

（3）油畫復(fù)制過程中的數(shù)據(jù)修整：油畫復(fù)制數(shù)據(jù)修整包括噪點(diǎn)處理、反光點(diǎn)矯正、銳化度的調(diào)整等內(nèi)容。其中銳化度處理影響三維輸出效果，此調(diào)整依據(jù)打印團(tuán)隊(duì)對輸出設(shè)備特點(diǎn)（包括噴繪載體、UV噴墨材料等）特點(diǎn)的把握、可行性和驗(yàn)收需求，需制作小樣后反復(fù)比對確認(rèn)。調(diào)色：選取油畫色和紋理豐富的區(qū)域，制作小樣，并將小樣和原稿進(jìn)行比對。此處，校色應(yīng)在油畫“完稿狀態(tài)”的小樣進(jìn)行校色，包括三維體積輸出、色彩輸出、光油打印或者手工光油、其他按照復(fù)制要求的其他制作等步驟完成后再進(jìn)行校色，使?jié)M足最接近原稿狀態(tài)。平面3D掃描技術(shù)采集的數(shù)據(jù)的色彩還原度較高，但光油層（機(jī)器噴涂或手工制作）會影響顏色的呈現(xiàn)，尤其是深色區(qū)域的顏色。往往機(jī)器噴繪的光油層會導(dǎo)致油畫表層蒙上一層霧狀的白色層，而手工制作的光油層則會導(dǎo)致油畫呈現(xiàn)濕色效應(yīng)，是顏料深度加深，需特別注意。

（4）小樣打印與制作：小樣的制作，應(yīng)按照完全滿足復(fù)制需求的要求制作。

（5）校對：校對應(yīng)融入整個(gè)制作過程中，是博物館復(fù)制工作者最主要的把關(guān)工作之一。若與原稿有較大出入，應(yīng)重新進(jìn)行數(shù)據(jù)處理甚至重新信息采集。相較于數(shù)碼相機(jī)拍攝方法，立體分光技術(shù)采集的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確完整，校樣較為簡單，尤其對于藝術(shù)品存放地點(diǎn)和復(fù)制場所不一致的條件下，能大大減輕復(fù)制人員的勞動量。

（6）油畫打印復(fù)制和制作：小樣校驗(yàn)合格后，開始油畫打印輸出。本次打印輸出采用瑞士Swiss Qprint立體油畫機(jī)復(fù)制，該機(jī)器可實(shí)現(xiàn)微噴、立體、大尺幅、多種材質(zhì)載體等打印需求，滿足《狼牙殺五壯士》整幅打印復(fù)制的需求，一次輸出，無需再拼接和后期再處理?！独茄郎轿鍓咽俊饭庥蛯硬痪鶆?，故采用噴繪輸出光油層更能還原原作。

（7）裝框：按照復(fù)制要求，選取核實(shí)的外框進(jìn)行裝裱保護(hù)。

4 結(jié)語

通過首次嘗試采用立體分光技術(shù)實(shí)現(xiàn)了油畫表面3D數(shù)據(jù)的采集，并且所得到的3D數(shù)據(jù)能夠更加精準(zhǔn)的獲取油畫表面的色彩信息數(shù)據(jù)和立體幾何數(shù)據(jù)，并可直接應(yīng)用于油畫的UV噴墨立體打印，使油畫的復(fù)制工作更加便捷，色彩及筆觸均能夠更加真實(shí)的體現(xiàn)，對油畫的復(fù)制工作提供了更加直接的數(shù)據(jù)保障。但是該種方式只針對油畫表面的3D數(shù)據(jù)，如果需要完整3D數(shù)據(jù)用于360°展示，還需要結(jié)合三維掃描儀獲取油畫框的三維數(shù)據(jù)。隨著3D打印技術(shù)與數(shù)字復(fù)制技術(shù)的快速發(fā)展，針對于書畫類的采集方法也會越來越多，從而滿足不同的需求應(yīng)用。因此，選擇用何種采集方式主要取決于應(yīng)用需求，在明確需求后，可以選擇適宜的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。無論采用哪種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對于博物館來說，藏品本身的安全是最重要的。因此，在數(shù)據(jù)采集過程中，要充分考慮安全問題，做好應(yīng)急預(yù)案，在保障藏品的安全下開展數(shù)據(jù)采集工作。

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作者簡介：李洋（1988—），女，館員，研究方向?yàn)槲奈飻?shù)字化，E-mail： liyang@chnmuseum.cn。

Research on the application of new stereoscopic spectroscopic acquisition technology in 3D data acquisition of oil paintings in Museum// LI Yang

Author's Address National Museum of China， E-mail： liyang@chnmuseum.cn

Abstract Taking oil painting three-dimensional ink-jet printing copy for demand， through the comparison of the different data acquisition methods， choose a new three-dimensional spectral technology for oil painting surface 3d data acquisition， the technologies in the field of wenbo belongs to the application for the first time， according to the practical case study of the technology in the oil painting collection work in the process of surface 3d data acquisition application effect， existing problems and solutions. It provides a new solution for data collection and replication of oil paintings in the field of cultural and museum.

Keywords Oil painting works， three-dimensional spectroscopic technology， three-dimensional data acquisition，Stereoscopic inkjet printing