3D打印技術在古建筑紋飾復原中的應用實現

劉新業,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

劉新業,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展，3D打印技術在古建筑紋飾復原修護方面有著巨大的發展空間。本文利用三維仿真技術將沈陽北塔紋飾進行數字建模和修復，并通過3D打印技術實現紋飾的復原，為我國古建筑的修復和保護提供借鑒。

關鍵詞：3D打印；古建筑；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品。目前，隨著3D打印技術的不斷普及發展，各行業都開始挖掘3D打印在本領域的應用價值，目前3D打印已經在建筑、醫療、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。

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打印實現的研究與實踐是數字技術與藝術相結合的產物，利用三維仿真技術可以把古建筑文化遺產數字化留存，在實現文化遺產的數字化展示的同時對歷史文化遺址的保護具有重要的現實意義。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通過3D打印技術呈現出來，對于展示地域歷史和文化，開發地區的旅游產品有較強的應用價值和廣闊的發展前景。

2 3D打印在沈陽北塔紋飾復原中的實現案例

2.1 實現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。”四塔寺象征四大金剛威震四方，護國安民。后來經過政府的幾次維修，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字化模型，研究如何將古建筑中的紋飾通過高清數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字信號，實現高清的數字化模型的構建。

首先是影像數據庫采集。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。然后現場采集并測量和拍攝數據，將北塔紋飾通過多臺高清的數碼照相機進行同步立體拍攝，將紋飾實體通過影像數據采集手段，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據庫。

其次建立三維模型數據庫。以實地拍攝的照片和測量數據為基礎，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字模型的復原創建，構建起三維模型數據庫。

最后對構建的北塔紋飾的三維數字化模型進行技術上的細節修復。在得到數字模型后以照片數據為基礎，使用圖像繪制軟件對紋飾的數字模型制作模型貼圖，以便能夠更好的表現北塔紋飾的細節。然后利用三維軟件工具以實際紋飾為基礎，根據材質的不同和粗糙程度對數字模型進行不同程度材質的賦予。同時可以對數字模型進行燈光調節，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 數字化模型的3D打印實現

在構建完成北塔紋飾的數字模型后，使用計算機程序進行數字模型的運算，轉換成3D打印機所能識別的坐標數據，利用3D打印技術將北塔紋飾的數字模型打印完成，將北塔紋飾的三維數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，此時需進行適當的古建筑紋飾的重塑，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，自然侵蝕和環境破壞所造成的損壞具有不規則形狀，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，實現對古建筑的三維建模，搶救性的實現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匹配，較傳統的古建筑修復不僅能實現完美的紋飾細節修復，而且還能節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，已經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，文化遺產也得到各地政府的高度重視，古建筑的修復和再利用已經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，可以進行完美地逼真還原，體現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字化建模復原，將仿真復原的古建筑等文化遺產通過3D打印技術呈現出來，對于展示地域歷史和文化，開發地區的旅游產品有較強的應用價值和廣闊的發展前景，為增強區域文化帶來全新的可行性發展新模式。

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

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

作者簡介：劉新業（1971-），女，漢，碩士，副教授。