北寨漢墓保護中3D打印技術的應用

姚麗霞

隨著古代文化藝術的數(shù)字化保護潛能不斷被開發(fā)，虛擬現(xiàn)實技術、激光三維掃描技術和3D打印技術在文化藝術保護中被廣泛應用。文章對3D打印技術應用于沂南北寨漢墓建筑模型的復制流程進行描述，在數(shù)字媒體時代下3D打印技術的成熟將成為復制和保護沂南北寨漢墓藝術的新途徑，并對古代漢畫像石墓和文物的數(shù)字化復制和保護具有重要意義。

自漢以來，勞動人民創(chuàng)作出了大量反映漢代社交生活和喪葬禮儀的畫像石作品，再現(xiàn)漢代先民的文化民俗和精神世界。在漢墓群畫像石藝術表現(xiàn)的世界里，漢墓畫像石圖像的傳播生動、豐富、持久和富有感染力。新世紀以來，國家和地方政府高度重視傳統(tǒng)文化的解讀，學術界也越來越關注漢畫像石的研究。從文化淵源來看，漢墓畫像石文化是中華文化的組成部分，畫像石中的圖像裝飾紋樣是中國古老歷史文化的因子;從社會歷史實踐來看，漢畫像石誕生于漢，其圖像反映了漢代的鄉(xiāng)土文化以及民風民俗。從視覺藝術符號來看，漢畫像石中的圖像紋樣符號是研究中國漢代文化、歷史、藝術、民俗等多學科交叉領域的寶貴史證。

新媒體技術下為了深入研究漢墓畫像石文化的復制和保護途徑，筆者選取山東沂南北寨漢墓畫像石墓進行個案研究，窺一斑而見全豹，探討3D打印技術在北寨漢墓復制和保護中應用的可能性。

沂南北寨漢墓簡介

沂南北寨漢墓坐落在山東省臨沂市沂南縣，經(jīng)歷三次發(fā)掘，眾多專家學者對其進行研究。關于沂南漢畫像石墓的歷史歸屬主要有三種說法：“西漢說”“東漢說”“西晉說”。眾多學者通過查閱文獻和實地考察發(fā)現(xiàn)，根據(jù)北寨漢墓畫像中的浮雕雕刻和線刻技法，以及北寨漢墓畫像石中的建筑布局、室內(nèi)設計和墓葬中的車騎文物制度、衣冠制度推測多見于漢代，與東漢武氏祠室內(nèi)壁畫接近，墓葬中的蓮花紋和藻井圖案，畫像中的神話人物、歷史故事及書法風格都得出結論，沂南北寨漢墓接近東漢晚期。

著名學者曾昭燏先生同樣認為沂南漢墓的建造年代大致在東漢末年靈帝、獻帝之際，并高度概括墓的特點，稱沂南北寨漢墓在雄偉中見精麗，表現(xiàn)出漢代建筑藝術相當高的水準。

沂南北寨漢墓博物館是建立在北寨墓群基礎上的專題博物館，也是我國現(xiàn)有發(fā)掘保存最完整的漢畫像石墓博物館。博物館主要展示東漢時期墓葬畫像石，出土文物以及畫像石拓片等，是兩漢時期建筑藝術、雕刻藝術、繪畫藝術的真實再現(xiàn)，制作技法高超，畫像石圖像精美豐富，包羅漢朝生活萬象，整個墓室內(nèi)部是石刻裝飾，在石板上浮雕加線刻，處理手法凝練卻不失趣味，表現(xiàn)了漢朝時期的眾多生活場景。兩個墓室遺物曾被盜掘，隨葬器物劫余甚少。漢畫像石再現(xiàn)的只是社會中層或中上層家庭的現(xiàn)實生活，對于下層貧苦人民的社會活動，則很少涉及。但是完整保存下來的墓室石刻畫像是十分珍貴的東漢歷史畫面。

沂南北寨漢墓有畫像石面積四百四十二平方米。所繪題材廣泛，內(nèi)容涉及政治、經(jīng)濟、文化、軍事和生活等多項內(nèi)容。依據(jù)畫像石的位置，可以分為墓門、前室橫額、中室橫額和后室隔墻。根據(jù)不同位置畫像石圖案題材及表現(xiàn)內(nèi)容可分為：再現(xiàn)社會生活場景，表現(xiàn)歷史人物故事題材，神話傳說與祥瑞題材，得道神仙和巫術禮儀。

北寨漢墓畫像石文化保護和傳播的過程中，傳統(tǒng)的數(shù)字化保護可以將民間藝術的文獻、圖片、影像、場所、工具、產(chǎn)品和藝術等利用照相機、攝像機、錄音筆、復印機等設備進行整理、存儲，對于現(xiàn)存的或者面臨消失的藝術起到很好的保護和傳播作用。但是傳統(tǒng)的數(shù)字化保護仍舊沒有克服宣傳展示中參觀者主觀參與性、互動性差的缺點。

對漢墓畫像石藝術的研究流于“過度商業(yè)化的狀態(tài)”，資料甚少，過多注重經(jīng)濟效益，對不能產(chǎn)生經(jīng)濟利益的漢墓畫像石藝術缺乏研究。筆者對北寨漢墓畫像石文化傳播的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)漢畫像石藝術出現(xiàn)文化缺失、沒有深入研究的現(xiàn)象，對漢代文化藝術沒有起到良好的傳播作用。

數(shù)字媒體技術成為保護古代文化的新載體

新的數(shù)字媒體技術可以更好地應用在古代文化遺產(chǎn)保護項目中，尤其是隨著虛擬現(xiàn)實技術三維激光掃描技術和3D打印技術等新型數(shù)字化技術的應用，這種數(shù)字化保護手段可以為北寨漢畫像石藝術的傳承和創(chuàng)新提供有效途徑。

早在上個世紀末，國內(nèi)外學者就已紛紛利用虛擬現(xiàn)實技術進行文化傳播。借助虛擬技術將大量史實材料、圖片以及影像在電腦軟件中建模，將真實博物館藏品的模型建立起來，可以再現(xiàn)博物館外部建筑和內(nèi)部藏品的陳列，可以讓先民留下的藝術品更好地得到展示，使得傳統(tǒng)的文化寶藏得到更好的傳播。

人們可以利用虛擬技術結合移動終端設備和紙板VR頭，讓人可以在一天內(nèi)游遍處于不同國家的法國盧浮宮、希臘雅典衛(wèi)城和中國長城等名勝古跡，真實體驗世界文化瑰寶。百度網(wǎng)站推出了“百科數(shù)字博物館”可以讓用戶足不出戶，就可以觀賞游覽全國各地的博物館，感受中華五千年的文化寶藏。2016年3月上海國際博覽的亮點之一是虛擬試衣鏡、VR虛擬現(xiàn)實的應用。2017年7月慶祝建軍90周年的閱兵儀式上，南京某公司使用虛擬現(xiàn)實技術為軍方提供“虛擬演練”，提高了現(xiàn)代化軍隊閱兵的精準、高效、全方位。

三維激光掃描技術又稱實景復制技術，在上個世紀九十年代中期就已經(jīng)產(chǎn)生，它可以在傳統(tǒng)測繪基礎上對物體表面的三維點云數(shù)據(jù)收集，建立三維模型，制作多角度、全方位的立體圖形或者場景。隨著數(shù)字媒體技術的成熟，目前在保護、測量和還原古代建筑物空間信息方面利用較多。

利用三維激光掃描技術還原山西大同佛光寺東大殿，是我國第一次嘗試將此技術應用于傳統(tǒng)木結構文物建筑的安全評估，其獲得的數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)手工測量更準確、精細和便利。馳名中外的敦煌莫高窟是旅游愛好者向往的圣地，使用虛擬技術制作的敦煌壁畫將敦煌建筑內(nèi)部結構生動形象展示的同時，還能夠?qū)敃r的場景從多個角度、全方位地真實再現(xiàn)出來，滿足處于世界各地的游客如“身臨其境”的游覽體驗。

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料的技術。3D打印技術采用數(shù)字技術制作模型，結合設計軟件利用陶瓷、塑料和金屬等材料。將電腦上的設計圖變?yōu)閷嵨铮ㄟ^“分層制造、逐層疊加”的原理，被廣泛用于航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、產(chǎn)業(yè)模具制造、工業(yè)設計、產(chǎn)品設計等領域。

3D打印技術作為一種新興的媒體，有其獨特的藝術語言魅力，借助數(shù)字媒體藝術中SketchUp、AutoCAD、3Dmax、Maya等設計軟件可以將虛擬文件變成現(xiàn)實的物質(zhì)。3D打印技術的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)制作中難以制作的模型，通過3D打印獲得成品。3D打印機的精確度相當高，價格或高或低都能打印出模型的細節(jié)，特別是傳統(tǒng)方法難以制作的特殊結構模型，可以將手工制作實現(xiàn)不了的創(chuàng)意和繁瑣的工藝實現(xiàn)。

3D打印技術在藝術設計中的應用

3D打印技術被廣泛于藝術設計各個領域，其中不乏優(yōu)秀作品。接下來舉例3D打印技術在服裝、首飾、建筑、室內(nèi)和教育設計中的應用。

在現(xiàn)代服飾設計上，2014年設計師將現(xiàn)代3D打印技術運用到紐約時裝周的舞臺中，愛麗絲范赫本設計的Voltage女裝的打印便讓人眼前一亮，后來在麻省理工學院的服裝表演，引起社會各界的關注。結合各種材料設計出多款禮服和3D印花服裝，能帶來舒適的著裝感、柔軟的觸感和精神愉悅的美感，帶來不同凡響的視覺沖擊力，將現(xiàn)代高科技和傳統(tǒng)手工藝完美結合。借助3D打印技術和計算機軟件設計打印制造物品成為時尚設計的新趨勢。

賓·迪克森·沃德是澳洲墨爾本學院的藝術教授也是當代首飾設計師。她認為當代首飾擺脫了財富、地位、金錢、奢侈和永久保存的象征，專注對于首飾形式、色彩、材料和人類身體的研究象征。她將數(shù)字媒體技術和藝術相結合，將首飾設計和建筑景觀相結合，利用3D打印技術打印未來首飾。3D建模軟件和3D技術設計制作的首飾擺脫特權、金錢、地位、富貴等傳統(tǒng)的象征意義，是當代首飾藝術的對傳統(tǒng)的一次科技革命和全新闡釋。

已經(jīng)使用3D打印技術與建筑藝術結合成功的案例：山東濱州一小村莊利用3D打印技術建造的蘇式庭院別墅亮相，造房的整個過程都是由電腦程序控制完成。云岡石窟研究院和浙江大學將云岡石窟第三窟，1：1還原打印出石窟造像，形象逼真，場面宏大，有利于文物的保護。

上述3D打印成功案例，為3D打印技術復制和保護沂南北寨漢墓提供了可能。沂南北寨漢墓如果暴露在空氣或者日常環(huán)境，會對漢墓造成破壞。除非去沂南北寨博物館現(xiàn)場不然無法實物考察。沂南北寨漢墓博物館普通觀眾不允許拍照攝像，對保管環(huán)境要求較高。使用3D打印技術復制沂南北寨漢墓建筑和文物內(nèi)部分建筑和文物，既能保護文物，又能展示文物。

3D打印復制北寨漢墓畫像石的流程

以沂南北寨漢墓為例，參照墓室空間結構文獻資料，探討如何對古代墓室建筑模型進行3D打印。打印沂南北寨漢墓建筑的設計和制作流程，具體制作步驟如下：

從三維建模數(shù)據(jù)的角度來說，擁有北寨漢墓墓室的三視圖（頂視圖、正視圖、側(cè)視圖）的數(shù)據(jù)，即可建出模型。第一步閱讀相關的文獻、圖片和資料，收集準確的尺寸、圖片和文字數(shù)據(jù)。第二步實地考察，參觀沂南北寨漢墓博物館、臨沂博物館和臨沂地區(qū)漢墓畫像石群，走訪私人收藏的畫像石，拍攝漢墓和畫像石圖片。第三步通過三維激光掃描技術掃描室內(nèi)空間數(shù)據(jù)或者參照沂南漢墓建筑已有數(shù)據(jù)使用SketchUp、AutoCAD等軟件建立三維數(shù)字化的模型，這是沂南北寨漢墓三維數(shù)據(jù)雛形的收集與獲取。

將沂南北寨漢墓建筑的3D數(shù)字化軟件設置的模型輸入到電腦中。3D打印數(shù)據(jù)的輸出方式采用打印機的加熱噴嘴擠壓增塑材料從而使其熱熔從而堆積成想要的形狀?？梢赃x用“三角洲”式3D打印機，打印速度、精度都很高，打印材料選用PLA，它是可降解可再生又環(huán)保的材料。打印出來需要在模型外壁包裹白膜，以防止強度不夠。此外利用3D打印機打印的規(guī)格屬性和材料的不同厚度進行分層切割處理。

根據(jù)3D打印機“分層制造、逐層疊加”的原理，利用3D打印機將打印耗材逐層打印噴涂。根據(jù)沂南漢墓建筑3D模型的大小、打印材質(zhì)和復雜程度需數(shù)分鐘完成。

對于北寨漢墓墓室建筑和出土文物，復制打印出來只是第一步。3D打印機打印出來的物品太過標準，利用人為干預的辦法，用烤箱加熱使其軟化，形成人工制作的形態(tài)。第二步，將模型內(nèi)化鋪上一層石膏，利用石膏粉、白乳膠、水、調(diào)和加入模具里，增加北寨漢墓建筑模型的分量感。第三步，等10分鐘左右晾干即可，用手工制作刻出人工痕跡。

3D打印技術的一個特別之處是模型打印完后粗糙不平滑，后期需要處理、修整，并且噴涂著色以后才能最終完成沂南北寨漢墓建筑模型的制作。等到石膏完全完成以后還要還原北寨漢墓墓室建筑模型的顏色。北寨漢墓主要是畫像石和大型磚石結構多室墓構成，顏色仿照漢畫像石和畫像磚進行還原建筑模型顏色，多次重復上色，已獲得逼真的效果。

北寨漢墓?jié)h畫像石的圖像紋樣是我們要還原的重點，選取有代表性的墓室壁畫場景進行還原。北寨漢墓?jié)h畫像石圖案是刻上去的，而3D打印的模型是畫上去的，為了獲得接近的效果，必須要仔細認真用心地去繪制還原的圖像。

3D打印技術在北寨漢墓文化傳播中的展望

借助新型的3D打印技術打印沂南漢墓三維建筑模型，可以復原考證出有關古代社會經(jīng)濟狀況、建筑風格、風俗人情以及宗教哲學思想等歷史資料。3D打印技術和虛擬現(xiàn)實結合用在巖土工程課程的探索，為3D打印技術沂南北寨漢墓提供了可能。將3D打印技術應用在沂南北寨漢墓建筑，除了打印漢墓室內(nèi)建筑的3D模型，還可以結合漢墓壁室中的漢畫和畫像石藝術，打印人物、動物和生活場景的模型，有利于觀者欣賞漢代文化藝術，對于考古具有重要價值。3D打印技術結合其他新媒體技術，可以將沂南北寨漢墓壁室內(nèi)部、畫像石上的圖案由封閉、平面、客觀和單一的民間藝術，變成開放、立體、主觀、多元的文化體驗。

不過需要注意的是3D打印技術過度使用將會沖擊傳統(tǒng)手工技藝的價值，打印材料種類受到限制，難以保證打印的質(zhì)量和精確度，缺乏行業(yè)標準難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。3D打印復制漢墓文化要受到知識產(chǎn)權歸屬的問題和道德的挑戰(zhàn)。

借助3D打印技術對北寨漢墓畫像石文化調(diào)查及對策研究，具有較高的藝術價值。數(shù)字媒體時代下，3D打印技術為民間漢畫像石藝術的傳承和數(shù)字化保護提供借鑒，以新的數(shù)字媒體技術結合3D打印技術可以彌補傳統(tǒng)媒介傳承傳統(tǒng)文化中的不足，以嶄新的方式將虛擬數(shù)字技術和現(xiàn)實物質(zhì)傳承相結合。從而可以讓山東地區(qū)畫像石藝術得到更好的傳承和創(chuàng)新，在思想和藝術方面將使山東地區(qū)的民俗造型藝術的創(chuàng)作和傳播取得更大進展。

作者單位：臨沂大學

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