3D打印技术在古建筑纹饰复原中的应用实现

刘新业,申浩辰（沈阳大学音乐与传媒学院,沈阳 110044）



3D打印技术在古建筑纹饰复原中的应用实现

刘新业,申浩辰
（沈阳大学音乐与传媒学院,沈阳 110044）

摘 要：近年来，随着3D打印技术对模型表面处理、打印材料和几何精度等技术的更新和发展，3D打印技术在古建筑纹饰复原修护方面有着巨大的发展空间。本文利用三维仿真技术将沈阳北塔纹饰进行数字建模和修复，并通过3D打印技术实现纹饰的复原，为我国古建筑的修复和保护提供借鉴。

关键词：3D打印；古建筑；修复；应用

3D打印是一种新型的快速成型技术，它以计算机的三维数字模型为基础，由3D 打印机将丝状金属、塑料等材料逐层堆积黏结，最终叠加成型出实体产品。目前，随着3D打印技术的不断普及发展，各行业都开始挖掘3D打印在本领域的应用价值，目前3D打印已经在建筑、医疗、文化、航空等领域都得到了一定应用。本文将研究3D打印技术在古建筑纹饰复原的应用实现。

1 古建筑的复原保护

古建筑保护一直是一个世界性课题，尤其是在资金不足的情况下，有些濒危古建筑随时都有消失的可能，如何抢救性地存留这些文化遗产一直是学界探讨的焦点。沈阳北塔是砖筑的中国藏式喇嘛塔，是沈阳四塔中保留最完整，历史价值最高的，也是沈阳的标志性古建筑之一，目前北塔记录只是通过记录影像、图片和文字资料进行记载。本项目拟开展的沈阳北塔纹饰三维复原以及3D打印实现的研究与实践是数字技术与艺术相结合的产物，利用三维仿真技术可以把古建筑文化遗产数字化留存，在实现文化遗产的数字化展示的同时对历史文化遗址的保护具有重要的现实意义。另外，近几年随着3D打印技术的成熟，将仿真复原的古建筑等文化遗产通过3D打印技术呈现出来，对于展示地域历史和文化，开发地区的旅游产品有较强的应用价值和广阔的发展前景。

2 3D打印在沈阳北塔纹饰复原中的实现案例

2.1 实现沈阳北塔建筑纹饰复原的价值

北塔法轮寺建于清崇德八年（公元1643年）癸未仲春，顺治二年（公元1645年）乙酉仲夏告竣，是当时绕盛京城东、西、南、北四塔之一。据寺内碑文记载：“盛京四面各建庄严宝寺，每寺大佛一尊，左右佛二尊，菩萨八尊，天王四位，浮图一座，东为慧灯朗照，名曰永光寺；南为普安众庶，名曰广慈寺；西为虔祝圣寿，名曰延寿寺；北为流通正法，名曰法轮寺。”四塔寺象征四大金刚威震四方，护国安民。后来经过政府的几次维修，北塔法轮寺以自己独特的文化内涵和崭新的面目呈现在世人面前，是目前沈阳四塔中保存最为完善的一座藏传佛塔，相比于北京的白塔，它在修建时间上更早，因此具有更高的历史价值和研究意义。

2.2 北塔纹饰的三维复原方法

三维仿真技术是多种技术的综合，包括实时三维图形技术，立体显示技术等，对于三维仿真技术在古建筑中的复原，主要的思路是通过三维扫描构建数字化模型，研究如何将古建筑中的纹饰通过高清数码照相机进行空间外形、结构和色彩的拾取，以获得纹饰的表面空间坐标，再将纹饰的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号，实现高清的数字化模型的构建。

首先是影像数据库采集。想要复原北塔纹饰先要了解北塔纹饰背后所蕴含的文化和含义，为了复原北塔纹饰，我们通过查阅历史文献，书籍和实际调查，寻找纹饰资料。然后现场采集并测量和拍摄数据，将北塔纹饰通过多台高清的数码照相机进行同步立体拍摄，将纹饰实体通过影像数据采集手段，建立起纹饰的构造、样貌、色彩等全方位、多角度的实物影像数据库。

其次建立三维模型数据库。以实地拍摄的照片和测量数据为基础，使用计算机程序进行逆向计算，得到纹饰的基本点云坐标。以计算所得的基本点云坐标为基础，应用三维建模软件按照纹饰的结构层次进行三维数字模型的复原创建，构建起三维模型数据库。

最后对构建的北塔纹饰的三维数字化模型进行技术上的细节修复。在得到数字模型后以照片数据为基础，使用图像绘制软件对纹饰的数字模型制作模型贴图，以便能够更好的表现北塔纹饰的细节。然后利用三维软件工具以实际纹饰为基础，根据材质的不同和粗糙程度对数字模型进行不同程度材质的赋予。同时可以对数字模型进行灯光调节，建立一个模拟太阳光为总光源，个别地方可以建立补光。最后进行场景渲染，达到最大程度上的纹饰复原效果。

2.3 数字化模型的3D打印实现

在构建完成北塔纹饰的数字模型后，使用计算机程序进行数字模型的运算，转换成3D打印机所能识别的坐标数据，利用3D打印技术将北塔纹饰的数字模型打印完成，将北塔纹饰的三维数字化模型打印为成品，形成实物成果。

3 3D打印在古建筑纹饰复原中的可行性应用

古建筑由于长期的自然侵蚀也一些破坏，常会造成古建筑纹饰的局部脱落，此时需进行适当的古建筑纹饰的重塑，使其保持结构的完整性。但由于古建筑纹饰的历史价值和艺术价值，自然侵蚀和环境破坏所造成的损坏具有不规则形状，因此对古建筑的保护和修复需要耗时大量的人力和财力。利用3D打印技术，可以首先利用三维仿真技术，实现对古建筑的三维建模，抢救性的实现古建筑的立体三维档案存留。对于古建筑中纹饰的缺失，利用3D打印可以完美地实现匹配，较传统的古建筑修复不仅能实现完美的纹饰细节修复，而且还能节省大量的人工成本和时间成本。通过对沈阳北塔纹饰复原的3D打印成功实现，已经延伸到其他古建筑纹饰复原，将3D打印技术应用到古建筑纹饰的复原中具有一定的可行性。

随着我国文化的对外开放交流，文化遗产也得到各地政府的高度重视，古建筑的修复和再利用已经成为一个新的研究领域。而随着3D打印技术的研究和应用，一方面对于艺术价值更高的古建筑纹饰细节，可以进行完美地逼真还原，体现古建筑纹饰所带来的历史价值和艺术价值，另一方面可以进行整体的数字化建模复原，将仿真复原的古建筑等文化遗产通过3D打印技术呈现出来，对于展示地域历史和文化，开发地区的旅游产品有较强的应用价值和广阔的发展前景，为增强区域文化带来全新的可行性发展新模式。

成果：本文系辽宁省大学生创新创业训练计划项目“基于三维仿真技术的沈阳北塔纹饰复原3D打印实现”阶段性成果

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

作者简介：刘新业（1971-），女，汉，硕士，副教授。