编者按
为落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,加快推进新型工业化,推动增材制造更好服务经济社会发展,2022年、2023年工业和信息化部共发布了两批共78项增材制造典型应用场景。中国增材制造产业联盟梳理了部分场景实例的先进经验及应用成效,在增材制造产业联盟微信公众号及网站开展持续宣传,以更好推动典型应用场景的复制与推广。本期介绍的是超大体量不可移动文物复刻与巡展。
背景概述
近年来,得益于计算机技术和信息采集技术的飞速发展,文物数字化技术日渐成熟。特别是三维信息的数字化采集技术,在文物数字化保护方面的应用已经非常普遍,其最高数据精度可以达到0.02mm。如此高精度的三维数据,为通过增材制造技术1:1还原任何文物乃至大体量不可移动文物的空间形态提供了坚实的数据基础。
增材制造技术(3D打印)作为一项新技术,虽然起步较晚,但是目前已经发展出了多种技术方法和打印材料。而且通过技术水平和生产工艺的不断提高,增材制造设备的作业行程和打印精度一直在进步,这为大体量的文物数字化复制工作提供了可行的生产制造基础。
具备以上两个不可或缺的基础能力后,再通过机械结构设计、模型加强处理、文物复制品表层质感处理和色彩纹理还原等工艺,就让大体量不可移动文物的高精度原比例复制成为可以实现的工作。
解决方案
1)“云冈石窟第 3 窟西后室原比例数字化复制”
2017年12月16 日,云冈石窟第3 窟西后室原比例复制项目在青岛揭幕。美科图像(深圳)有限公司、浙江大学文化遗产研究院和云冈研究院联合攻关,首次使用 3D 打印技术实现的大体量文物复制,复制窟整体长17.9米,宽 13.6 米,高 10米。该石窟的成功复制,标志着中国大型石质文物的数字化全息高保真记录已达到复原水平。
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上图:云冈石窟第 3 窟西后室原比例复制窟
2)“龙门石窟古阳洞北壁四大龛高精度数字化复制”
美科图像(深圳)有限公司、浙江大学和龙门石窟研究院组成联合项目团队,由浙江大学文化遗产研究院对龙门石窟古阳洞部分佛龛做了目前石窟寺领域最高精度的数据采集,美科图像(深圳)有限公司应用这些数据对佛龛进行了 3D 打印复制。项目成果在广东省博物馆举办的“魏唐佛光:龙门石窟文物特展”上首次亮相,荣登2020年5月“中国博物馆十大热搜展览榜”。之后连续参加了在深圳博物馆举办的“星龛奕奕翠微边--洛阳龙门石窟魏唐造像艺术展“、在上海大学博物馆举办的”铭心妙相:龙门石窟艺术对话特展”、在浙江美术馆举办的“盛世修典--'中国历代绘画大系’先秦汉唐、宋、元画特展”。受到了广大群众的好评和众多媒体的关注。
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上图:龙门石窟古阳洞佛龛高精度复制窟
3)“天龙山石窟博物馆第八窟复原展示项目”
2021年7月24日,天龙山石佛首回归仪式的举行,标志着流失海外近一个世纪的天龙山石窟“第8窟北壁主尊佛首”终归故土。石窟佛首回归祖国,成为近百年来第一件从日本回归天龙山石窟的珍贵流失文物。同时,天龙山石窟博物馆推出“复兴路上国宝归来”特展。美科图像(深圳)有限公司与太原市天龙山石窟博物馆合作,利用数字化手段,将回归佛首原本所在的第8窟部分景观复制到展厅内,给观众带来“身临其境”的沉浸式观感。观众看到这个佛首之后,同时也能感受到它在第8窟中的原始位置和原来的环境是什么样的。
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上图:天龙山石窟博物馆第八窟复原展示效果
由于大型不可移动文物细节信息丰富体量巨大,现有的装备无法满足其在精度和时间效率方面的需求。因此针对性的开发的高精度大体量 3D打印成型设备在该应用领域具备先进性。
由于目前适用于大型不可移动文物复制的 3D 打印材料只有2种:PLA(聚乳酸)和光敏树脂。受各种原因限制,其 3D 打印成型厚度不会超过 3mm,两种材料在这样的厚度下基本没有强度可言,其阻燃、耐腐等耐候性也达不到展览展示的要求。因此我们项目团队经过大量实验,选定了一种特殊的强化材料对3D打印模块进行了加强,该材料具备阻燃、耐腐蚀、强度高。韧性好等特性,并与上述 3D 打印材料有很强的亲和力。
文物复制最重要的用途为展览展示,可以让更多的人参观和了解相关文物及其所表达的历史信息和文化信息,使相关的文化信息传播变得更加直观、更容易让人们接受。但是各类材质的文物质感不同同样材质的文物也会因为其所在地域和保存时间的不同而存在不同的质感。因此如何体现文物复制品的质感问题一直是一个未能解决的问题,这个问题直接影响了复制品的展示效果。
本项目团队经过大量的研究和实验,成功研发出了石质、木质、陶制和 青铜材质文物复制品表面质感材料的配方,这些材料同时具备阻燃、防水、质轻、涂层均匀、涂层厚度极薄等特性。
应用成效推广
① 社会效益
大型不可移动文物因其不可移动、体量巨大,在展示与传播方面受到了相比其他可移动文物来说较大的局限。并且在全球气候变化及其他人为因素的影响下,各类文物的保存状况日渐恶化,更有可能因为意外因素导致损毁。而这些文物一旦被损毁,文物本体及其承载的历史文化信息都将不复存在。
该场景是针对极端条件下造成文物损毁的情况下,进行的一项利用高科技手段还原再造损毁文物的探索。不仅可以满足考古的学术需求,而且同时满足大众日益高涨的学习、认识和传承传统文化的需求,值得重视的是,大型不可移动文物 3D 复制重建的成功,从考古的角度看,则标志着大体量文物数字化测量记录已达到能复原的水平,而这正是文物考古测量记录技术能达到的理想标准。作为不可移动文物,对其文物本体保护非常困难,因此,借助高科技手段进行保护非常必要。通过数字化记录能够提供洞窟原始资料的采集和记录,3D 数据资料记录可以增加原始资料记录的准确度和真实度,推动相关研究的发展。
② 文化效益
该场景正是应用数字化技术手段,使大型不可移动文物的精美文化艺术走向全国乃至全世界,向世界传播中国声音的的探索和切实可行的探索。
③ 经济效益
该场景的推广将进一步在科学保护的基础上对相关文物的艺术文化和考古价值进行挖掘,推动相关文物“活起来,走出去”。更好的宣传展示我们博大精深的历史和艺术文化,让更多人认识和了解相关文物精品,从而带动文物所在地的旅游发展。