高精度掃描復(fù)制，積木式安裝布展

3D石窟 走出云岡(解碼·文化遺產(chǎn)賦彩生活)

核心閱讀

浙江大學(xué)與云岡石窟研究院合作，歷時(shí)3年多，制作了云岡石窟第十二窟的可移動(dòng)3D打印復(fù)制版本，目前在浙江大學(xué)落成開放。這讓更多人有機(jī)會(huì)欣賞到不可移動(dòng)文物的宏大風(fēng)貌，也讓文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)及傳承利用邁出了重要一步。

進(jìn)入“云岡石窟第十二窟”，雕刻精美、意蘊(yùn)宏大的造像，讓人震撼。這令人驚嘆的景致，并不在山西大同西郊的武周山，而是在浙江大學(xué)藝術(shù)與考古博物館。

近日，由浙江大學(xué)與云岡石窟研究院合作的首例可移動(dòng)3D打印復(fù)制洞窟在浙江大學(xué)落成，并于6月12日起向校內(nèi)師生開放。

3年來，浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院與云岡石窟研究院聯(lián)合項(xiàng)目組攻克了數(shù)據(jù)采集處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分塊打印上色等多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，讓古老的世界文化遺產(chǎn)云岡石窟邁出了“行走”世界的第一步。

三維重建誤差小于2毫米

云岡石窟位于山西大同。它依山開鑿，距今已有1500余年的歷史。作為我國最大的石窟之一，云岡石窟與莫高窟、龍門石窟和麥積山石窟并稱為中國四大石窟。

在云岡石窟現(xiàn)存的45個(gè)主要洞窟中，第十二窟又名“音樂窟”，前殿后室，入深14米，寬11米，高9米。其中雕刻的天宮伎樂和中外樂器，能顯示出當(dāng)時(shí)的音樂風(fēng)尚與時(shí)代風(fēng)貌，在中國音樂舞蹈史上具有重要地位。如何讓這處不可移動(dòng)文物“走”到更多地方，讓更多人欣賞品味?

2016年8月起，浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院與云岡石窟研究院合作，對第十二窟進(jìn)行高保真三維數(shù)字化數(shù)據(jù)采集。合作團(tuán)隊(duì)采用融合三維激光掃描與攝影測量的方案，構(gòu)建三維模型，歷時(shí)3個(gè)月，對第十二窟進(jìn)行三維激光掃描，并拍攝55680張照片。之后，經(jīng)過攝影測量計(jì)算和人工交互三維處理，建立了第十二窟的高保真彩色三維模型。

浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院副院長李志榮說，對文物進(jìn)行數(shù)字化記錄，為其建立詳實(shí)的數(shù)字檔案，是文物保護(hù)的重要手段之一，而能夠?qū)崿F(xiàn)打印呈現(xiàn)，則表明數(shù)字化記錄達(dá)到考古記錄，特別是測量記錄的最高標(biāo)準(zhǔn)，這也是云岡石窟“活起來”“走出去”的基礎(chǔ)。

云岡石窟的洞窟和造像，體積巨大，采用了高浮雕、淺浮雕等多種雕刻手法，各種遺跡空間深度、尺度復(fù)雜，掃描和測繪難度很高。浙江大學(xué)文化遺產(chǎn)研究院副院長刁常宇說:“從技術(shù)上看，對第十二窟的數(shù)字化采集觸到了這個(gè)領(lǐng)域的‘天花板’。”

海量的高精度三維掃描數(shù)據(jù)采集和大量的分析計(jì)算是數(shù)字化記錄中的“攔路虎”。刁常宇介紹，如此大體量的數(shù)據(jù)無法在一個(gè)軟件系統(tǒng)中處理，所以要根據(jù)石窟的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分塊處理，切分后再拼成整體，最終實(shí)現(xiàn)三維重建誤差小于2毫米，色彩還原度達(dá)到95%以上。

古法上色歷時(shí)8個(gè)月

分體式3D打印，此前沒有先例，也沒有成熟路徑。承擔(dān)成型加工的美科圖像(深圳)有限公司，為解決單次成型體積較小的問題，專門研發(fā)了大型3D打印機(jī)，確保一次打印成型，運(yùn)用3D打印鑄模技術(shù)復(fù)制文物本體的所有細(xì)節(jié)。

成型之后還得賦色，這里的“色”，是指文物的材料、質(zhì)感、顏色等綜合信息。3D打印用的是高分子材料，固化成型后，還沒有具備石材的質(zhì)感，但是通過賦色卻能填補(bǔ)缺憾，達(dá)到盡可能“原真”，更加顯得厚重與滄桑。

然而當(dāng)前各類3D著色或3D打印技術(shù)，都無法在賦色的同時(shí)營造團(tuán)隊(duì)想要的質(zhì)感。經(jīng)過幾年的比對實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)還是決定采用人工上色的方法，以尋求最大程度的原真再現(xiàn)。

經(jīng)過論證，團(tuán)隊(duì)提出了大膽的上色方案，而不是與現(xiàn)存的第十二窟“一模一樣”。云岡石窟研究院最終決定，賦色的具體方案，是將科學(xué)數(shù)據(jù)與專家對文物的理解綜合起來考慮。

“必須在考古學(xué)指導(dǎo)下制定方案，比如，現(xiàn)存石窟中的顏色與過去的顏色有什么關(guān)系，變化有哪些依據(jù)。”李志榮說。

“這項(xiàng)工作從一定程度上是‘再造’一個(gè)石窟。”在李志榮看來，復(fù)制的過程是一種復(fù)原研究。在色調(diào)的鮮與暗上，團(tuán)隊(duì)選擇了洞窟剛誕生時(shí)的鮮亮，但在洞窟的風(fēng)化上，不做調(diào)整。“我們把與時(shí)間有關(guān)的有效核心信息都全部保留。”

云岡石窟研究院的美術(shù)工作者，依照古法用礦物顏料為面積900多平方米的復(fù)制窟上色，歷時(shí)8個(gè)月，終于讓第十二窟形色兼具，煥然呈現(xiàn)。

組裝110塊“積木塊”

為了讓云岡石窟更方便地“行走天下”，浙江大學(xué)使用了“積木式”的新技術(shù)和制作方法。

復(fù)制成功的第十二窟由110塊2米見方的“積木塊”分6層進(jìn)行組裝組成。這些“積木塊”大約重2噸，8輛標(biāo)準(zhǔn)集裝箱車可裝得下，拉運(yùn)自如，一周即可組裝完成布展。

團(tuán)隊(duì)介紹說，“說走就走”的展覽結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)鋁合金框架，分體式半自動(dòng)化安裝。現(xiàn)場無需搭建傳統(tǒng)的腳手架，低空作業(yè)組在地面上組裝好一層再吊到頂部安裝，整個(gè)過程就像搭積木。

浙江大學(xué)藝術(shù)與考古博物館常務(wù)副館長樓可程說:“3D打印的第十二窟，是科技與藝術(shù)結(jié)合的典范，科技因藝術(shù)而充滿創(chuàng)造力，藝術(shù)因科技獲得更廣泛傳播。”

“這是‘行走’的石窟，永不落幕的絲路音樂廳。”有關(guān)專家認(rèn)為，該項(xiàng)目的完成標(biāo)志著我國在文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)及傳承利用中實(shí)現(xiàn)了多方面的技術(shù)突破，邁出了中國文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)及傳承利用的重要一步。

(柯溢能、吳雅蘭參與采寫)

趙婀娜