3D打印技术的数字化雕塑创作与遗产保护*

谭 求

（东华理工大学艺术学院，江西 南昌 330013）

随着社会的发展，现在已进入了数字化信息时代，计算机的普及和应用对艺术发展起着至关重要的作用，为艺术创作提供了灵感和生产方法。传统的雕塑创作需要极高的工艺水平和复杂的生产流程，艺术家需要多年的培训和经验才能实现。3D打印技术以计算机数据为基础，将虚拟数据转换为真实对象，直接跳过传统且复杂的过程。立体摄影形式的3D打印技术在20世纪80年代初开始发展起来，1984年发明了立体光刻机，3D打印技术发展至今已经过了37年。1999年推出一个名为ZBrush的小程序，为数字艺术家用传统雕塑的方式与3D模型之间铺平了道路，使任何人都可以使用3D打印技术，并为创作者打开了新的大门，为这些技术与传统的雕塑方法相结合产生了新的途径。

3D打印技术能够为文化遗产的管理、诊断、恢复、保护、研究与交流等提供巨大的帮助。鼓励和促进文物的记录和信息管理可以有效地实现数字化三维模型，从而实现数字化应用和固体复制。数字拷贝可以在许多情况下使用，这是遗产保存和保护的有效途径。它可以在虚拟博物馆档案和目录中与文化经营者和用户实现网络共享，并通过3D打印技术复制获得与文化遗产互动的新机会。3D打印技术为艺术家和铸造者创造了一个充满可能性的世界，他们依靠计算机设计数字化模型使雕塑进入了数字设计和制造时代。

1 3D打印技术的数字化雕塑创作

1.1 雕塑技术的革新

3D打印技术可以运用到许多课程领域，包括设计、科学、工程和数学。3D打印是一种添加剂制造过程，通过该过程选择放置或形成材料添加层来创建三维物体。3D打印需要打印机、数字文件和打印材料，首先使用特定的软件(CAD等)或扫描现有的项目对象进行三维建模，然后创建三维模型的数字文件。可以将文件发送到多个位置或单个打印机，以便打印3D对象。3D打印制作任何形状的物体都可以实现从复杂到简单的过程，并且不需要浪费任何额外的成本或时间和原材料。3D打印不仅在原材料和工具方面降低了成本，打印物体的形状也更加灵活，而且缩短了设计和制造之间的时间，以及减少了对环境的污染等。

数字雕塑是通过使用一系列数字工具在三维建模软件中操纵三维物体来完成的。现在的电影和电子游戏社区在很大程度上依赖这些三维艺术形式，这些艺术作品原本只存在于一个被称为数字黏土的数字世界中，现在为了营销等目的将这些作品从计算机带到了现实世界。任何数字化3D模型都可以输出为文件格式并在3D打印机上打印，然后用泡沫塑料、木材、金属、石材和各种多轴数控铣床和等离子切割机碾磨[1]。这些技术已经通过各种形式被世界各地的雕塑家所使用，并且通过设计、编辑和制作来创新和分享学习经验。

1.2 创作思维的转化

新技术的发展对许多艺术家的思想产生了影响，他们越来越多地使用科技手段来创作现代化的艺术作品。相对于传统艺术家使用各种制作工具，数字艺术家是利用电脑制作软件中的各种命令完成其创作，数字领域的雕刻让雕塑家可以自由地工作，数字化模型的任何更改都是可以撤销的，它还可随意地挤压和拉伸模型，但是传统雕塑在处理黏土、石头或其他物理介质时，保存不同阶段的工作或撤销多个步骤更改是不可能实现的，雕塑家在制作黏土模型时没有这样的自由。

为了制作高质量的作品，3D打印的开发人员面临技术和美学方面的挑战，他们必须培养对传统雕刻、构图和绘画技巧的理解。使用电脑创作并不能免除这些考虑，相反电脑给了一套更强大、更灵活的工具来掌握这些传统的艺术技巧，因为它既模仿和扩展了传统的雕刻过程，又为其建模提供了更为直接的途径来实现目标。在电脑上工作可以很快达到一个审美的门槛，作为一个艺术家成长的唯一选择就是提高门槛[2]。

1.3 作品形式的突破

利用新技术将数字和互动媒体结合起来传达复杂或抽象的概念。在工作中使用数字化工具分析和探索使用传统艺术材料创作雕塑的方法。人们根据数据的变化产生了三维模型，并将它们作为基础创造了一个青铜雕塑或者低成本的作品。数据正成为越来越普遍的艺术展示题材。这样的制作有许多优点，最主要的是艺术家和科学家之间的合作增加了。对科学界来说，艺术合作提供了一种手段，使复杂的数据和抽象的概念以一种可以理解和欣赏的方式传达给更广泛的受众。对艺术界来说，将数据作为主题使艺术家的作品更容易被证明是正确的，因为除了设计美学的价值外，作品作为信息的呈现也具有内在的价值。

艺术传达数据的形式可能引来人们对于物理材料的更多关注而忽视艺术作品信息的传达。考虑如何呈现一直是艺术努力的关键部分，需要进一步探索如何使用不同的艺术媒介来显示数据，以及所显示的信息如何受到其所传达的媒介的影响。围绕创造艺术的作品，可以选择代表相同的数据与不同的材料来制作。在创建基于数据的艺术作品中使用的材料有助于理解和解释成品中呈现的信息，进而实现艺术作品形式的突破。

2 3D打印技术对文化遗产的保护

文化遗产是一个社会发展并代代相传生活方式的表达，包括习俗、场所、物体、艺术表现和价值观。文化遗产通常表示为非物质或有形文化遗产，作为人类活动的一部分，文化遗产对价值体系、信仰产生了有形的表现。文化遗产作为整个文化的重要组成部分，包含着从古代到近代的这些看得见、摸得着的痕迹。3D打印和3D扫描越来越多地应用于考古学和文化遗产保护。这些3D技术为博物馆人员、研究员和考古学家提供了新的工具来捕捉3D古代物体、文物和艺术品[3]。用3D技术来研究、复制、恢复或简单地存档文化遗产要比传统的2D图片展示出更多的细节。

2.1 3D数字访问

文物只有一小部分陈列在博物馆里，3D复制品可以很容易使公众接触到它们，并且可以提供给相关学者同时研究，他们为新的研究方法铺平了道路。在三维建模原件扫描后可以立即分析考古的物体，并正确地重新组装复杂化的碎片。构成艺术品状态的数字档案资料，可用于各种目的的改造或储存，如构建一个远古时期雕像的三维模型应用于数字化存档和实物复制，可以通过拷贝数字文件实现3D打印复制，获得与文化遗产互动的新机会。近几十年来激光扫描或数字摄影测量的三维采集已经成为记录文化遗产的标准方法之一，因为它可以分析任何艺术品的形状、大小和位置而不一定要与之接触。随着3D打印技术的引入，数字化资料以较低的成本呈现出物质形态，并从相应的数字化模型转成为物理实物对象，这种形式导致了对虚拟数据概念的不同呈现，它不必再与简单的视觉效果联系在一起。记录遗产的三维计量数据可以保存和监测，更有利于理解历史、分享文化。

2.2 3D打印修复

高质量的3D虚拟模型可以被研究者用作保护和修复受损文物，并作为生成物理副本的参考基础，此外三维模型可以精确地为损伤或磨损区域作可视化恢复。文化遗产往往受到人为或环境因素的破坏，受损的文物必须修复和恢复以便用于展览、研究和教育。过去通过天然材料如蛋清、树皮、生漆或沥青来恢复它们的原始形态。现在是用各种合成树脂连同石膏来代替天然材料，特别是环氧树脂和聚氨酯合成树脂被广泛使用，使用这些新材料修复通常取决于修复专家的直觉和技术。然而这种人工修复往往导致修复材料与文化遗产直接接触，如果修复的地方不合适，则必须拆除而造成了潜在的二次损害。为了补充这种传统方法，三维数字技术成为新的修复技术[4]。这种修复方法融合了三维虚拟修复技术和三维打印技术，不仅使文物接触最小化而且扩大了恢复材料的多样性。

2.3 3D数字保护

文化遗产学是一个重要的研究领域，近几年有了非常重要的突破，这得利于技术发展促涨了数字领域获取文化资产的新方法和新手段。这些算法系统具有非常重要和广泛的作用，因为它们能够实时获取精确的数据[5]。此外，摄影测量与计算机视觉之间的交叉产生了新的工具和软件，能够以半自动的方式使用照片对物体进行数字重建，如对受到环境影响或被灾难性事件造成不可挽回性摧毁的文化遗产；在得不到有效保护状态下的重大艺术品；在丢失原件情况下的文物，可以利用图像、文字和影像等信息建造真实感三维模型为科学家和大众提供帮助。如弗劳恩霍夫计算机图形学研究所文化遗产数字化能力中心在一个跨学科研究项目中开发的CultLab3D系统，该系统是世界上最早实现快速、高效和成本效益高的三维数字化软件，它是为了实现完全3D数字化自动化过程而专门设计的，它允许用户扫描和存档大量遗产对象并进行文档保存。

2.4 3D展览新途径

古代文化遗产非常丰富，世界各地博物馆的档案馆中保存着数以万计的文物。三维技术的飞速发展促进了文化遗产的数字化呈现，让这些不易出国门的文物可以展出。有关部门通过获得这些历史文物的3D数字拷贝，制作文化遗产的3D打印雕塑复制品然后在线上线下都可以呈现。这些复制品可以放置在博物馆和遗址中，也可以分布在世界各地然后在多个地方展出。3D打印技术开辟了展览策划与实施的新途径，虚拟复制品可用于混合展览并创造游客的新体验。3D模型也可以通过纯粹的虚拟博物馆体验，让来自世界任何地方的游客产生新的互动。文化遗产在遭受多次自然和人为灾害之后将变得十分脆弱，很有可能自身受到损害或价值受损，在这种情况下高质量的3D虚拟展览可以代替原件的展出，消除原件意外损害或进一步恶化的风险，进而减少高额保险成本的投入。

3 结束语

3D打印技术创新了艺术家创作的方式，提供了更多的可能扩展雕塑技术的边缘。传统的工作方式出现了很多弊端，通过科技手段的介入有效提升了工作效率的同时也促使雕塑家们更好地更新自我知识实现当代艺术融合跨界发展的需要。3D打印技术的发展不单单是雕塑技术的发展，同时也是各领域的发展原动力，文化遗传的保护和研究就是其发展实践的原创地之一。结合自身科技优势完善文化遗产领域的保存、保护和展览方式是3D打印技术的使命。3D打印技术可以再现历史文物和遗址，这对传统的伦理提出了挑战，但是与此同时它也给全世界人民带来了了解文化瑰宝的新途径。