3D打印技術(shù)的數(shù)字化雕塑創(chuàng)作與遺產(chǎn)保護*

譚 求

（東華理工大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013）

隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)在已進入了數(shù)字化信息時代，計算機的普及和應(yīng)用對藝術(shù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，為藝術(shù)創(chuàng)作提供了靈感和生產(chǎn)方法。傳統(tǒng)的雕塑創(chuàng)作需要極高的工藝水平和復(fù)雜的生產(chǎn)流程，藝術(shù)家需要多年的培訓(xùn)和經(jīng)驗才能實現(xiàn)。3D打印技術(shù)以計算機數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將虛擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為真實對象，直接跳過傳統(tǒng)且復(fù)雜的過程。立體攝影形式的3D打印技術(shù)在20世紀(jì)80年代初開始發(fā)展起來，1984年發(fā)明了立體光刻機，3D打印技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)過了37年。1999年推出一個名為ZBrush的小程序，為數(shù)字藝術(shù)家用傳統(tǒng)雕塑的方式與3D模型之間鋪平了道路，使任何人都可以使用3D打印技術(shù)，并為創(chuàng)作者打開了新的大門，為這些技術(shù)與傳統(tǒng)的雕塑方法相結(jié)合產(chǎn)生了新的途徑。

3D打印技術(shù)能夠為文化遺產(chǎn)的管理、診斷、恢復(fù)、保護、研究與交流等提供巨大的幫助。鼓勵和促進文物的記錄和信息管理可以有效地實現(xiàn)數(shù)字化三維模型，從而實現(xiàn)數(shù)字化應(yīng)用和固體復(fù)制。數(shù)字拷貝可以在許多情況下使用，這是遺產(chǎn)保存和保護的有效途徑。它可以在虛擬博物館檔案和目錄中與文化經(jīng)營者和用戶實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，并通過3D打印技術(shù)復(fù)制獲得與文化遺產(chǎn)互動的新機會。3D打印技術(shù)為藝術(shù)家和鑄造者創(chuàng)造了一個充滿可能性的世界，他們依靠計算機設(shè)計數(shù)字化模型使雕塑進入了數(shù)字設(shè)計和制造時代。

1 3D打印技術(shù)的數(shù)字化雕塑創(chuàng)作

1.1 雕塑技術(shù)的革新

3D打印技術(shù)可以運用到許多課程領(lǐng)域，包括設(shè)計、科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)。3D打印是一種添加劑制造過程，通過該過程選擇放置或形成材料添加層來創(chuàng)建三維物體。3D打印需要打印機、數(shù)字文件和打印材料，首先使用特定的軟件(CAD等)或掃描現(xiàn)有的項目對象進行三維建模，然后創(chuàng)建三維模型的數(shù)字文件。可以將文件發(fā)送到多個位置或單個打印機，以便打印3D對象。3D打印制作任何形狀的物體都可以實現(xiàn)從復(fù)雜到簡單的過程，并且不需要浪費任何額外的成本或時間和原材料。3D打印不僅在原材料和工具方面降低了成本，打印物體的形狀也更加靈活，而且縮短了設(shè)計和制造之間的時間，以及減少了對環(huán)境的污染等。

數(shù)字雕塑是通過使用一系列數(shù)字工具在三維建模軟件中操縱三維物體來完成的?，F(xiàn)在的電影和電子游戲社區(qū)在很大程度上依賴這些三維藝術(shù)形式，這些藝術(shù)作品原本只存在于一個被稱為數(shù)字黏土的數(shù)字世界中，現(xiàn)在為了營銷等目的將這些作品從計算機帶到了現(xiàn)實世界。任何數(shù)字化3D模型都可以輸出為文件格式并在3D打印機上打印，然后用泡沫塑料、木材、金屬、石材和各種多軸數(shù)控銑床和等離子切割機碾磨[1]。這些技術(shù)已經(jīng)通過各種形式被世界各地的雕塑家所使用，并且通過設(shè)計、編輯和制作來創(chuàng)新和分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗。

1.2 創(chuàng)作思維的轉(zhuǎn)化

新技術(shù)的發(fā)展對許多藝術(shù)家的思想產(chǎn)生了影響，他們越來越多地使用科技手段來創(chuàng)作現(xiàn)代化的藝術(shù)作品。相對于傳統(tǒng)藝術(shù)家使用各種制作工具，數(shù)字藝術(shù)家是利用電腦制作軟件中的各種命令完成其創(chuàng)作，數(shù)字領(lǐng)域的雕刻讓雕塑家可以自由地工作，數(shù)字化模型的任何更改都是可以撤銷的，它還可隨意地擠壓和拉伸模型，但是傳統(tǒng)雕塑在處理黏土、石頭或其他物理介質(zhì)時，保存不同階段的工作或撤銷多個步驟更改是不可能實現(xiàn)的，雕塑家在制作黏土模型時沒有這樣的自由。

為了制作高質(zhì)量的作品，3D打印的開發(fā)人員面臨技術(shù)和美學(xué)方面的挑戰(zhàn)，他們必須培養(yǎng)對傳統(tǒng)雕刻、構(gòu)圖和繪畫技巧的理解。使用電腦創(chuàng)作并不能免除這些考慮，相反電腦給了一套更強大、更靈活的工具來掌握這些傳統(tǒng)的藝術(shù)技巧，因為它既模仿和擴展了傳統(tǒng)的雕刻過程，又為其建模提供了更為直接的途徑來實現(xiàn)目標(biāo)。在電腦上工作可以很快達到一個審美的門檻，作為一個藝術(shù)家成長的唯一選擇就是提高門檻[2]。

1.3 作品形式的突破

利用新技術(shù)將數(shù)字和互動媒體結(jié)合起來傳達復(fù)雜或抽象的概念。在工作中使用數(shù)字化工具分析和探索使用傳統(tǒng)藝術(shù)材料創(chuàng)作雕塑的方法。人們根據(jù)數(shù)據(jù)的變化產(chǎn)生了三維模型，并將它們作為基礎(chǔ)創(chuàng)造了一個青銅雕塑或者低成本的作品。數(shù)據(jù)正成為越來越普遍的藝術(shù)展示題材。這樣的制作有許多優(yōu)點，最主要的是藝術(shù)家和科學(xué)家之間的合作增加了。對科學(xué)界來說，藝術(shù)合作提供了一種手段，使復(fù)雜的數(shù)據(jù)和抽象的概念以一種可以理解和欣賞的方式傳達給更廣泛的受眾。對藝術(shù)界來說，將數(shù)據(jù)作為主題使藝術(shù)家的作品更容易被證明是正確的，因為除了設(shè)計美學(xué)的價值外，作品作為信息的呈現(xiàn)也具有內(nèi)在的價值。

藝術(shù)傳達數(shù)據(jù)的形式可能引來人們對于物理材料的更多關(guān)注而忽視藝術(shù)作品信息的傳達。考慮如何呈現(xiàn)一直是藝術(shù)努力的關(guān)鍵部分，需要進一步探索如何使用不同的藝術(shù)媒介來顯示數(shù)據(jù)，以及所顯示的信息如何受到其所傳達的媒介的影響。圍繞創(chuàng)造藝術(shù)的作品，可以選擇代表相同的數(shù)據(jù)與不同的材料來制作。在創(chuàng)建基于數(shù)據(jù)的藝術(shù)作品中使用的材料有助于理解和解釋成品中呈現(xiàn)的信息，進而實現(xiàn)藝術(shù)作品形式的突破。

2 3D打印技術(shù)對文化遺產(chǎn)的保護

文化遺產(chǎn)是一個社會發(fā)展并代代相傳生活方式的表達，包括習(xí)俗、場所、物體、藝術(shù)表現(xiàn)和價值觀。文化遺產(chǎn)通常表示為非物質(zhì)或有形文化遺產(chǎn)，作為人類活動的一部分，文化遺產(chǎn)對價值體系、信仰產(chǎn)生了有形的表現(xiàn)。文化遺產(chǎn)作為整個文化的重要組成部分，包含著從古代到近代的這些看得見、摸得著的痕跡。3D打印和3D掃描越來越多地應(yīng)用于考古學(xué)和文化遺產(chǎn)保護。這些3D技術(shù)為博物館人員、研究員和考古學(xué)家提供了新的工具來捕捉3D古代物體、文物和藝術(shù)品[3]。用3D技術(shù)來研究、復(fù)制、恢復(fù)或簡單地存檔文化遺產(chǎn)要比傳統(tǒng)的2D圖片展示出更多的細節(jié)。

2.1 3D數(shù)字訪問

文物只有一小部分陳列在博物館里，3D復(fù)制品可以很容易使公眾接觸到它們，并且可以提供給相關(guān)學(xué)者同時研究，他們?yōu)樾碌难芯糠椒ㄤ伷搅说缆?。在三維建模原件掃描后可以立即分析考古的物體，并正確地重新組裝復(fù)雜化的碎片。構(gòu)成藝術(shù)品狀態(tài)的數(shù)字檔案資料，可用于各種目的的改造或儲存，如構(gòu)建一個遠古時期雕像的三維模型應(yīng)用于數(shù)字化存檔和實物復(fù)制，可以通過拷貝數(shù)字文件實現(xiàn)3D打印復(fù)制，獲得與文化遺產(chǎn)互動的新機會。近幾十年來激光掃描或數(shù)字?jǐn)z影測量的三維采集已經(jīng)成為記錄文化遺產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方法之一，因為它可以分析任何藝術(shù)品的形狀、大小和位置而不一定要與之接觸。隨著3D打印技術(shù)的引入，數(shù)字化資料以較低的成本呈現(xiàn)出物質(zhì)形態(tài)，并從相應(yīng)的數(shù)字化模型轉(zhuǎn)成為物理實物對象，這種形式導(dǎo)致了對虛擬數(shù)據(jù)概念的不同呈現(xiàn)，它不必再與簡單的視覺效果聯(lián)系在一起。記錄遺產(chǎn)的三維計量數(shù)據(jù)可以保存和監(jiān)測，更有利于理解歷史、分享文化。

2.2 3D打印修復(fù)

高質(zhì)量的3D虛擬模型可以被研究者用作保護和修復(fù)受損文物，并作為生成物理副本的參考基礎(chǔ)，此外三維模型可以精確地為損傷或磨損區(qū)域作可視化恢復(fù)。文化遺產(chǎn)往往受到人為或環(huán)境因素的破壞，受損的文物必須修復(fù)和恢復(fù)以便用于展覽、研究和教育。過去通過天然材料如蛋清、樹皮、生漆或瀝青來恢復(fù)它們的原始形態(tài)。現(xiàn)在是用各種合成樹脂連同石膏來代替天然材料，特別是環(huán)氧樹脂和聚氨酯合成樹脂被廣泛使用，使用這些新材料修復(fù)通常取決于修復(fù)專家的直覺和技術(shù)。然而這種人工修復(fù)往往導(dǎo)致修復(fù)材料與文化遺產(chǎn)直接接觸，如果修復(fù)的地方不合適，則必須拆除而造成了潛在的二次損害。為了補充這種傳統(tǒng)方法，三維數(shù)字技術(shù)成為新的修復(fù)技術(shù)[4]。這種修復(fù)方法融合了三維虛擬修復(fù)技術(shù)和三維打印技術(shù)，不僅使文物接觸最小化而且擴大了恢復(fù)材料的多樣性。

2.3 3D數(shù)字保護

文化遺產(chǎn)學(xué)是一個重要的研究領(lǐng)域，近幾年有了非常重要的突破，這得利于技術(shù)發(fā)展促漲了數(shù)字領(lǐng)域獲取文化資產(chǎn)的新方法和新手段。這些算法系統(tǒng)具有非常重要和廣泛的作用，因為它們能夠?qū)崟r獲取精確的數(shù)據(jù)[5]。此外，攝影測量與計算機視覺之間的交叉產(chǎn)生了新的工具和軟件，能夠以半自動的方式使用照片對物體進行數(shù)字重建，如對受到環(huán)境影響或被災(zāi)難性事件造成不可挽回性摧毀的文化遺產(chǎn)；在得不到有效保護狀態(tài)下的重大藝術(shù)品；在丟失原件情況下的文物，可以利用圖像、文字和影像等信息建造真實感三維模型為科學(xué)家和大眾提供幫助。如弗勞恩霍夫計算機圖形學(xué)研究所文化遺產(chǎn)數(shù)字化能力中心在一個跨學(xué)科研究項目中開發(fā)的CultLab3D系統(tǒng)，該系統(tǒng)是世界上最早實現(xiàn)快速、高效和成本效益高的三維數(shù)字化軟件，它是為了實現(xiàn)完全3D數(shù)字化自動化過程而專門設(shè)計的，它允許用戶掃描和存檔大量遺產(chǎn)對象并進行文檔保存。

2.4 3D展覽新途徑

古代文化遺產(chǎn)非常豐富，世界各地博物館的檔案館中保存著數(shù)以萬計的文物。三維技術(shù)的飛速發(fā)展促進了文化遺產(chǎn)的數(shù)字化呈現(xiàn)，讓這些不易出國門的文物可以展出。有關(guān)部門通過獲得這些歷史文物的3D數(shù)字拷貝，制作文化遺產(chǎn)的3D打印雕塑復(fù)制品然后在線上線下都可以呈現(xiàn)。這些復(fù)制品可以放置在博物館和遺址中，也可以分布在世界各地然后在多個地方展出。3D打印技術(shù)開辟了展覽策劃與實施的新途徑，虛擬復(fù)制品可用于混合展覽并創(chuàng)造游客的新體驗。3D模型也可以通過純粹的虛擬博物館體驗，讓來自世界任何地方的游客產(chǎn)生新的互動。文化遺產(chǎn)在遭受多次自然和人為災(zāi)害之后將變得十分脆弱，很有可能自身受到損害或價值受損，在這種情況下高質(zhì)量的3D虛擬展覽可以代替原件的展出，消除原件意外損害或進一步惡化的風(fēng)險，進而減少高額保險成本的投入。

3 結(jié)束語

3D打印技術(shù)創(chuàng)新了藝術(shù)家創(chuàng)作的方式，提供了更多的可能擴展雕塑技術(shù)的邊緣。傳統(tǒng)的工作方式出現(xiàn)了很多弊端，通過科技手段的介入有效提升了工作效率的同時也促使雕塑家們更好地更新自我知識實現(xiàn)當(dāng)代藝術(shù)融合跨界發(fā)展的需要。3D打印技術(shù)的發(fā)展不單單是雕塑技術(shù)的發(fā)展，同時也是各領(lǐng)域的發(fā)展原動力，文化遺傳的保護和研究就是其發(fā)展實踐的原創(chuàng)地之一。結(jié)合自身科技優(yōu)勢完善文化遺產(chǎn)領(lǐng)域的保存、保護和展覽方式是3D打印技術(shù)的使命。3D打印技術(shù)可以再現(xiàn)歷史文物和遺址，這對傳統(tǒng)的倫理提出了挑戰(zhàn)，但是與此同時它也給全世界人民帶來了了解文化瑰寶的新途徑。