劉新業(yè),申浩辰（沈陽大學音樂與傳媒學院,沈陽 110044）

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3D打印技術在古建筑紋飾復原中的應用實現(xiàn)

劉新業(yè),申浩辰
（沈陽大學音樂與傳媒學院,沈陽 110044）

摘 要：近年來，隨著3D打印技術對模型表面處理、打印材料和幾何精度等技術的更新和發(fā)展，3D打印技術在古建筑紋飾復原修護方面有著巨大的發(fā)展空間。本文利用三維仿真技術將沈陽北塔紋飾進行數(shù)字建模和修復，并通過3D打印技術實現(xiàn)紋飾的復原，為我國古建筑的修復和保護提供借鑒。

關鍵詞：3D打?。还沤ㄖ?；修復；應用

3D打印是一種新型的快速成型技術，它以計算機的三維數(shù)字模型為基礎，由3D 打印機將絲狀金屬、塑料等材料逐層堆積黏結，最終疊加成型出實體產(chǎn)品。目前，隨著3D打印技術的不斷普及發(fā)展，各行業(yè)都開始挖掘3D打印在本領域的應用價值，目前3D打印已經(jīng)在建筑、醫(yī)療、文化、航空等領域都得到了一定應用。本文將研究3D打印技術在古建筑紋飾復原的應用實現(xiàn)。

1 古建筑的復原保護

古建筑保護一直是一個世界性課題，尤其是在資金不足的情況下，有些瀕危古建筑隨時都有消失的可能，如何搶救性地存留這些文化遺產(chǎn)一直是學界探討的焦點。沈陽北塔是磚筑的中國藏式喇嘛塔，是沈陽四塔中保留最完整，歷史價值最高的，也是沈陽的標志性古建筑之一，目前北塔記錄只是通過記錄影像、圖片和文字資料進行記載。本項目擬開展的沈陽北塔紋飾三維復原以及3D打印實現(xiàn)的研究與實踐是數(shù)字技術與藝術相結合的產(chǎn)物，利用三維仿真技術可以把古建筑文化遺產(chǎn)數(shù)字化留存，在實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的數(shù)字化展示的同時對歷史文化遺址的保護具有重要的現(xiàn)實意義。另外，近幾年隨著3D打印技術的成熟，將仿真復原的古建筑等文化遺產(chǎn)通過3D打印技術呈現(xiàn)出來，對于展示地域歷史和文化，開發(fā)地區(qū)的旅游產(chǎn)品有較強的應用價值和廣闊的發(fā)展前景。

2 3D打印在沈陽北塔紋飾復原中的實現(xiàn)案例

2.1 實現(xiàn)沈陽北塔建筑紋飾復原的價值

北塔法輪寺建于清崇德八年（公元1643年）癸未仲春，順治二年（公元1645年）乙酉仲夏告竣，是當時繞盛京城東、西、南、北四塔之一。據(jù)寺內碑文記載：“盛京四面各建莊嚴寶寺，每寺大佛一尊，左右佛二尊，菩薩八尊，天王四位，浮圖一座，東為慧燈朗照，名曰永光寺；南為普安眾庶，名曰廣慈寺；西為虔祝圣壽，名曰延壽寺；北為流通正法，名曰法輪寺?！彼乃孪笳魉拇蠼饎偼鹚姆?，護國安民。后來經(jīng)過政府的幾次維修，北塔法輪寺以自己獨特的文化內涵和嶄新的面目呈現(xiàn)在世人面前，是目前沈陽四塔中保存最為完善的一座藏傳佛塔，相比于北京的白塔，它在修建時間上更早，因此具有更高的歷史價值和研究意義。

2.2 北塔紋飾的三維復原方法

三維仿真技術是多種技術的綜合，包括實時三維圖形技術，立體顯示技術等，對于三維仿真技術在古建筑中的復原，主要的思路是通過三維掃描構建數(shù)字化模型，研究如何將古建筑中的紋飾通過高清數(shù)碼照相機進行空間外形、結構和色彩的拾取，以獲得紋飾的表面空間坐標，再將紋飾的立體信息轉換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，實現(xiàn)高清的數(shù)字化模型的構建。

首先是影像數(shù)據(jù)庫采集。想要復原北塔紋飾先要了解北塔紋飾背后所蘊含的文化和含義，為了復原北塔紋飾，我們通過查閱歷史文獻，書籍和實際調查，尋找紋飾資料。然后現(xiàn)場采集并測量和拍攝數(shù)據(jù)，將北塔紋飾通過多臺高清的數(shù)碼照相機進行同步立體拍攝，將紋飾實體通過影像數(shù)據(jù)采集手段，建立起紋飾的構造、樣貌、色彩等全方位、多角度的實物影像數(shù)據(jù)庫。

其次建立三維模型數(shù)據(jù)庫。以實地拍攝的照片和測量數(shù)據(jù)為基礎，使用計算機程序進行逆向計算，得到紋飾的基本點云坐標。以計算所得的基本點云坐標為基礎，應用三維建模軟件按照紋飾的結構層次進行三維數(shù)字模型的復原創(chuàng)建，構建起三維模型數(shù)據(jù)庫。

最后對構建的北塔紋飾的三維數(shù)字化模型進行技術上的細節(jié)修復。在得到數(shù)字模型后以照片數(shù)據(jù)為基礎，使用圖像繪制軟件對紋飾的數(shù)字模型制作模型貼圖，以便能夠更好的表現(xiàn)北塔紋飾的細節(jié)。然后利用三維軟件工具以實際紋飾為基礎，根據(jù)材質的不同和粗糙程度對數(shù)字模型進行不同程度材質的賦予。同時可以對數(shù)字模型進行燈光調節(jié)，建立一個模擬太陽光為總光源，個別地方可以建立補光。最后進行場景渲染，達到最大程度上的紋飾復原效果。

2.3 數(shù)字化模型的3D打印實現(xiàn)

在構建完成北塔紋飾的數(shù)字模型后，使用計算機程序進行數(shù)字模型的運算，轉換成3D打印機所能識別的坐標數(shù)據(jù)，利用3D打印技術將北塔紋飾的數(shù)字模型打印完成，將北塔紋飾的三維數(shù)字化模型打印為成品，形成實物成果。

3 3D打印在古建筑紋飾復原中的可行性應用

古建筑由于長期的自然侵蝕也一些破壞，常會造成古建筑紋飾的局部脫落，此時需進行適當?shù)墓沤ㄖy飾的重塑，使其保持結構的完整性。但由于古建筑紋飾的歷史價值和藝術價值，自然侵蝕和環(huán)境破壞所造成的損壞具有不規(guī)則形狀，因此對古建筑的保護和修復需要耗時大量的人力和財力。利用3D打印技術，可以首先利用三維仿真技術，實現(xiàn)對古建筑的三維建模，搶救性的實現(xiàn)古建筑的立體三維檔案存留。對于古建筑中紋飾的缺失，利用3D打印可以完美地實現(xiàn)匹配，較傳統(tǒng)的古建筑修復不僅能實現(xiàn)完美的紋飾細節(jié)修復，而且還能節(jié)省大量的人工成本和時間成本。通過對沈陽北塔紋飾復原的3D打印成功實現(xiàn)，已經(jīng)延伸到其他古建筑紋飾復原，將3D打印技術應用到古建筑紋飾的復原中具有一定的可行性。

隨著我國文化的對外開放交流，文化遺產(chǎn)也得到各地政府的高度重視，古建筑的修復和再利用已經(jīng)成為一個新的研究領域。而隨著3D打印技術的研究和應用，一方面對于藝術價值更高的古建筑紋飾細節(jié)，可以進行完美地逼真還原，體現(xiàn)古建筑紋飾所帶來的歷史價值和藝術價值，另一方面可以進行整體的數(shù)字化建模復原，將仿真復原的古建筑等文化遺產(chǎn)通過3D打印技術呈現(xiàn)出來，對于展示地域歷史和文化，開發(fā)地區(qū)的旅游產(chǎn)品有較強的應用價值和廣闊的發(fā)展前景，為增強區(qū)域文化帶來全新的可行性發(fā)展新模式。

成果：本文系遼寧省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目“基于三維仿真技術的沈陽北塔紋飾復原3D打印實現(xiàn)”階段性成果

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.202

作者簡介：劉新業(yè)（1971-），女，漢，碩士，副教授。