目击三维技术将文物“搬进”计算机
▲用三维技术制作出的部分罗汉木雕（白色为“灰模”，彩色为渲染好的“建模”）
手握“手持式三维扫描仪”，对着座椅上小朋友伸出的胳膊慢慢移动，在不同角度扫描，连线的计算机上就会实时先后显现出“绿色”的胳膊、“蓝色”的胳膊......这是记者近日在陕西历史博物馆文物修复室看到的一个镜头。该馆“文物修复季特展”的第三季推出了“孰制匠之——三维技术在文物保护中的应用展”，公众代表有幸现场体验文物的三维信息采集、模型处理、3D打印等环节，领略“科技+文物修复”的神奇魅力。
“电脑里显示的绿色，就是我们现在正在采集的数据，蓝色是已经产生的数据，紫色表示已经偏离了位置......”正在演示操作的三维修复师韩博介绍说。几名“幸运观众”纷纷上前体验运用三维技术采集自己的手、脸信息。
▲文物修复师韩博手握手持式三维扫描仪，对着这位“捷足先登”的小朋友扫描“脸”。
7岁小学生马可抢先坐上座椅，伸出胳膊要“体验”。刚刚坐下，马可说：“我想拍脸”，随即眯上眼睛，摆出鬼脸，让技术人员给他“拍脸”......
▲文物修复师韩博演示“手持式三维扫描仪”采集人体信息。
“其实，操作很简单，把手或胳膊悬在空中，握拳、伸手都可以，但要稳定住姿势，不能晃动。”韩博一边操作一边介绍，“用这个‘手持扫描仪’扫描人手和人脸，要保持一个工作距离。扫描过程中，尽量不要有太大的变动，人要缓慢移动......”
▲一位幸运观众体验“手持式三维扫描仪”。
▲一位幸运观众用“手持式三维扫描仪”采集女儿胳膊信息。
多种三维扫描仪“聚焦”文物显神奇
记者看到，文物修复室除“手持式三维扫描仪”外，有结构光三维扫描仪、激光式三维扫描仪，一台3D打印机正在工作。这是使用以光敏树脂为原材料的objet3D打印机，层层固化输出文物模型。韩博说，手持的扫描仪，便于操作，可以通过移动，快速获取三维模型，但精度相对低；而其它固定式扫描仪，精确度很高。
工作台上，摆放着两对打印出的树脂模型和复仿制品，它们是提梁卣和一件青铜器。韩博说，“这件提梁卣，它有很多独立的部件，完成它的扫描大概需要三小时左右。这和文物的图案、纹饰都有关系。”
▲一件青铜器的树脂模型和复仿制品。
墙上展示有12组明代罗汉木雕的模型照片，白色的是灰模，彩色的是渲染好的建模。“灰模”（白色）是通过拍照方式把照片叠加建立起来的模型，而“建模”是通过结构光三维扫描仪扫描后获取的。有些文物需要两种方式结合来做。
文物修复师白璐告诉记者，手持式扫描仪、激光扫描仪和结构光扫描仪，它们建出来的都是灰模，因为输入到电脑里的是点的坐标，电脑将这些点叠合在一起形成三角面和文物的面，它是不带色彩的，电脑本身赋予它是灰色。
工作台上，一件明代罗汉木雕随着身下的自动圆盘在缓慢转动，两架照相仪正对着它拍摄。据了解，转盘转一圈需要三分钟，相机拍完一圈后，可以调整高度拍摄，也可让罗汉正反面躺下来拍。
▲一件明代罗汉木雕随着自动转盘旋转，两台照相仪在拍摄。
白璐告诉记者，“这是一种建模的过程，这个自动转盘跟摄像机连在一起，转盘转动一周时，摄像机就会以每秒固定频率的方式拍照，可以收集三四百幅照片，电脑会将这些照片叠加处理后自动生成一个带彩色的文物模型。”
她说，“这个通过照相仪和图片叠压方式建的模型，本身就带有原来的色彩，甚至文物表面原有的病害和缺失，它是自带的，不需要保护和后期的贴图和渲染，能直接将文物本身的色彩、病害、缺失等信息，直接植入模型，更便于文物信息的收集和处理。这是应用更加广泛的一个建模方式。”
“对这些灰模如何进行施彩？”她说，“灰模施彩有两种方式，一是现有紫檀、黄花梨、石材、玉石、金、银素材包，这些素材包就会赋予这个模型，这样模型就会呈现出一个色泽。二是，文物一般要求精度更加高的颜色和表面信息，我们就先通过照片把文物信息拍摄下来，再把这些照片通过手动操作的方式，通过贴图方式贴在文物模型上，只不过，灰模所需的照片数量较少，角度、精确度、重合度没有那么大。
▲7岁的马克在打印机前看得入迷。
记者问：“几百张照片叠加自动处理后，接下来是不是就能直接打印了？”白璐说，“还需要完善，比如说电脑自动处理，某些照不到角的，会有一些缺失，或者说在这个地方重叠会有一些问题，就要在电脑里手动调整后，然后才将完善的模型直接打印。”
三维工程师韩博，“东西打印出来的时间，要看精度，精度很高的可能需要一天时间。还涉及到材质和层厚，层高是一个关键因素，这么高的东西，它的材料是一层层堆叠起来的，可以分成10000层、5000层去打。
三维技术将文物“搬”到计算机
据文物修复师陈园介绍，三维扫描仪主要应用于记录文物的形状、表面纹饰等信息。而需要真实还原文物色彩的文物，则需要进行近景摄影测量，多数情况下需要将两者结合应用。建立文物三维模型后，用模型处理软件提取文物纹饰等信息，并采用逆向工程技术制作出文物缺失部分，可以对缺失部分进行虚拟复原。他说，“通过扫描文物建立三维模型，也可以提取铭文信息并制作数字拓片，这样也更利于保护文物”。
记者了解到，陕西历史博物馆自2011年引入三维扫描与3D打印技术至今，一直在尝试从文物实体修复到虚拟修复、从文物实体翻模到利用模型翻模等工作，致力于将三维扫描技术与传统修复工艺结合起来。运用三维技术，该馆目前已经对罗汉、鎏金铜蚕、龙纹空心砖、白瓷杯、青铜簋、提梁卣和明代罗汉木雕塑等文物，进行了信息提取、三维打印、虚拟修复和复仿制，并获取了四臂观音、龙纹空心砖、三足壶、宰兽簋盖铭文等数字拓片。
▲用三维技术得到的三足壶数字拓片。
▲文物修复师白璐（左）陪马可玩打印出的小雕塑。
本次该馆联合西安火伴艺术文化科技有限公司，意在向公众展示如何将文物“搬”到计算机中，展示文物三维信息采集、模型处理等内容，让公众能近距离了解三维技术，感受这一新兴技术在文物保护修复工作中的应用。
“三维扫描技术”又称“实景复制技术”，是一种先进的高精度立体扫描技术，也是集光、机、电、和计算机技术于一体的高新技术，它通过测量空间物体表面点的三维坐标值，得到物体表面的点云信息，并转化为计算机可以直接处理的三维模型。它在文物保护中的意义在于，能将文物转换为计算机直接处理的数据模型，利用逆向工程制作出文物残缺部分，为文物修复工作提供依据，实现文物非接触式建模，而且具有速度快、精度高的优点。
▲观众观瞧正工作的打印机。
博物馆文物保管部主任梁彦民介绍说：“我们把三维技术搬到文物修复室，给观众进行三维技术在文物保护修复上的应用展示，活动月底结束。”
文：报驻陕记者韩 宏
图：韩 宏
编辑制作：韩 宏
责任编辑：叶志明
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