3D打印技術的數字化雕塑創作與遺產保護*

譚 求

（東華理工大學藝術學院，江西 南昌 330013）

隨著社會的發展，現在已進入了數字化信息時代，計算機的普及和應用對藝術發展起著至關重要的作用，為藝術創作提供了靈感和生產方法。傳統的雕塑創作需要極高的工藝水平和復雜的生產流程，藝術家需要多年的培訓和經驗才能實現。3D打印技術以計算機數據為基礎，將虛擬數據轉換為真實對象，直接跳過傳統且復雜的過程。立體攝影形式的3D打印技術在20世紀80年代初開始發展起來，1984年發明了立體光刻機，3D打印技術發展至今已經過了37年。1999年推出一個名為ZBrush的小程序，為數字藝術家用傳統雕塑的方式與3D模型之間鋪平了道路，使任何人都可以使用3D打印技術，并為創作者打開了新的大門，為這些技術與傳統的雕塑方法相結合產生了新的途徑。

3D打印技術能夠為文化遺產的管理、診斷、恢復、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數字化三維模型，從而實現數字化應用和固體復制。數字拷貝可以在許多情況下使用，這是遺產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營者和用戶實現網絡共享，并通過3D打印技術復制獲得與文化遺產互動的新機會。3D打印技術為藝術家和鑄造者創造了一個充滿可能性的世界，他們依靠計算機設計數字化模型使雕塑進入了數字設計和制造時代。

1 3D打印技術的數字化雕塑創作

1.1 雕塑技術的革新

3D打印技術可以運用到許多課程領域，包括設計、科學、工程和數學。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建三維物體。3D打印需要打印機、數字文件和打印材料，首先使用特定的軟件(CAD等)或掃描現有的項目對象進行三維建模，然后創建三維模型的數字文件。可以將文件發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從復雜到簡單的過程，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，而且縮短了設計和制造之間的時間，以及減少了對環境的污染等。

數字雕塑是通過使用一系列數字工具在三維建模軟件中操縱三維物體來完成的。現在的電影和電子游戲社區在很大程度上依賴這些三維藝術形式，這些藝術作品原本只存在于一個被稱為數字黏土的數字世界中，現在為了營銷等目的將這些作品從計算機帶到了現實世界。任何數字化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、石材和各種多軸數控銑床和等離子切割機碾磨[1]。這些技術已經通過各種形式被世界各地的雕塑家所使用，并且通過設計、編輯和制作來創新和分享學習經驗。

1.2 創作思維的轉化

新技術的發展對許多藝術家的思想產生了影響，他們越來越多地使用科技手段來創作現代化的藝術作品。相對于傳統藝術家使用各種制作工具，數字藝術家是利用電腦制作軟件中的各種命令完成其創作，數字領域的雕刻讓雕塑家可以自由地工作，數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，但是傳統雕塑在處理黏土、石頭或其他物理介質時，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。

為了制作高質量的作品，3D打印的開發人員面臨技術和美學方面的挑戰，他們必須培養對傳統雕刻、構圖和繪畫技巧的理解。使用電腦創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的藝術技巧，因為它既模仿和擴展了傳統的雕刻過程，又為其建模提供了更為直接的途徑來實現目標。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

利用新技術將數字和互動媒體結合起來傳達復雜或抽象的概念。在工作中使用數字化工具分析和探索使用傳統藝術材料創作雕塑的方法。人們根據數據的變化產生了三維模型，并將它們作為基礎創造了一個青銅雕塑或者低成本的作品。數據正成為越來越普遍的藝術展示題材。這樣的制作有許多優點，最主要的是藝術家和科學家之間的合作增加了。對科學界來說，藝術合作提供了一種手段，使復雜的數據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。對藝術界來說，將數據作為主題使藝術家的作品更容易被證明是正確的，因為除了設計美學的價值外，作品作為信息的呈現也具有內在的價值。

藝術傳達數據的形式可能引來人們對于物理材料的更多關注而忽視藝術作品信息的傳達。考慮如何呈現一直是藝術努力的關鍵部分，需要進一步探索如何使用不同的藝術媒介來顯示數據，以及所顯示的信息如何受到其所傳達的媒介的影響。圍繞創造藝術的作品，可以選擇代表相同的數據與不同的材料來制作。在創建基于數據的藝術作品中使用的材料有助于理解和解釋成品中呈現的信息，進而實現藝術作品形式的突破。

2 3D打印技術對文化遺產的保護

文化遺產是一個社會發展并代代相傳生活方式的表達，包括習俗、場所、物體、藝術表現和價值觀。文化遺產通常表示為非物質或有形文化遺產，作為人類活動的一部分，文化遺產對價值體系、信仰產生了有形的表現。文化遺產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掃描越來越多地應用于考古學和文化遺產保護。這些3D技術為博物館人員、研究員和考古學家提供了新的工具來捕捉3D古代物體、文物和藝術品[3]。用3D技術來研究、復制、恢復或簡單地存檔文化遺產要比傳統的2D圖片展示出更多的細節。

2.1 3D數字訪問

文物只有一小部分陳列在博物館里，3D復制品可以很容易使公眾接觸到它們，并且可以提供給相關學者同時研究，他們為新的研究方法鋪平了道路。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雜化的碎片。構成藝術品狀態的數字檔案資料，可用于各種目的的改造或儲存，如構建一個遠古時期雕像的三維模型應用于數字化存檔和實物復制，可以通過拷貝數字文件實現3D打印復制，獲得與文化遺產互動的新機會。近幾十年來激光掃描或數字攝影測量的三維采集已經成為記錄文化遺產的標準方法之一，因為它可以分析任何藝術品的形狀、大小和位置而不一定要與之接觸。隨著3D打印技術的引入，數字化資料以較低的成本呈現出物質形態，并從相應的數字化模型轉成為物理實物對象，這種形式導致了對虛擬數據概念的不同呈現，它不必再與簡單的視覺效果聯系在一起。記錄遺產的三維計量數據可以保存和監測，更有利于理解歷史、分享文化。

2.2 3D打印修復

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

2.3 3D數字保護

文化遺產學是一個重要的研究領域，近幾年有了非常重要的突破，這得利于技術發展促漲了數字領域獲取文化資產的新方法和新手段。這些算法系統具有非常重要和廣泛的作用，因為它們能夠實時獲取精確的數據[5]。此外，攝影測量與計算機視覺之間的交叉產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字重建，如對受到環境影響或被災難性事件造成不可挽回性摧毀的文化遺產；在得不到有效保護狀態下的重大藝術品；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家和大眾提供幫助。如弗勞恩霍夫計算機圖形學研究所文化遺產數字化能力中心在一個跨學科研究項目中開發的CultLab3D系統，該系統是世界上最早實現快速、高效和成本效益高的三維數字化軟件，它是為了實現完全3D數字化自動化過程而專門設計的，它允許用戶掃描和存檔大量遺產對象并進行文檔保存。

2.4 3D展覽新途徑

古代文化遺產非常豐富，世界各地博物館的檔案館中保存著數以萬計的文物。三維技術的飛速發展促進了文化遺產的數字化呈現，讓這些不易出國門的文物可以展出。有關部門通過獲得這些歷史文物的3D數字拷貝，制作文化遺產的3D打印雕塑復制品然后在線上線下都可以呈現。這些復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打印技術開辟了展覽策劃與實施的新途徑，虛擬復制品可用于混合展覽并創造游客的新體驗。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生新的互動。文化遺產在遭受多次自然和人為災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險，進而減少高額保險成本的投入。

3 結束語

3D打印技術創新了藝術家創作的方式，提供了更多的可能擴展雕塑技術的邊緣。傳統的工作方式出現了很多弊端，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當代藝術融合跨界發展的需要。3D打印技術的發展不單單是雕塑技術的發展，同時也是各領域的發展原動力，文化遺傳的保護和研究就是其發展實踐的原創地之一。結合自身科技優勢完善文化遺產領域的保存、保護和展覽方式是3D打印技術的使命。3D打印技術可以再現歷史文物和遺址，這對傳統的倫理提出了挑戰，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。