蝴蝶书签现代设计与制造技术的研究

张翠翠 黎书文 古文全 李英 孙茂银 吴泽宏 吴建 郭光平

摘 要：对贵州苗族图腾文化进行实地考察与数据采集，通过图形图像关键技术对蝴蝶纹进行矢量化提取，结合贵州形象标识“贵”，经过计算机辅助产品创新方法进行美化、抽象化等技术处理得到蝴蝶书签数字化模型，利用光化学蚀刻工艺加工出具备贵州苗族特色的蝴蝶书签。

关键词：图腾文化；蝴蝶妈妈；矢量化；创新设计；光化学蚀刻

中图分类号：文献标志码：文章编号：

引言

旅游商品是旅游资源的重要组成部分，在旅游业中有着突出的地位，是民族文化的重要载体[1]。贵州风光秀丽，少数民族文化浓厚，有着丰富的民族旅游工艺品资源和背景材料，但贵州多年来多以观光为主，作为景区专属的特色旅游商品几乎空白，旅游商品同质化现象也比较严重，景区没有地方特色旅游工艺品，相当于没有途径宣传自我文化价值。又由于大多数旅游商品设计制作不精细，缺乏文化底蕴和品味，再加上包装粗糙、品种不多、层次薄弱，导致旅游商品开发滞后，很难适应市场需求[2]。

课题利用数字化技术、工业设计与加工制造的方法，将现代设计与制造技术同贵州苗族特色旅游商品结合，在苗族图腾文化中提取设计元素-蝴蝶纹[3]，运用先进技术手段—图像识别与矢量提取（二维图像高仿真与数字化修复技术），基于计算机辅助造型创新方法、结合现代生产工艺（光化学蚀刻工艺）[4]对蝴蝶书签进行研究、优化、创新设计研发与制造，赋予蝴蝶书签贵州苗族文化特色，实现蝴蝶书签的规模化生产。

i1贵州苗族图腾文化

图腾崇拜是一种古老的宗教形式，图腾多为动物植物，苗族人相信图腾与祖先有某种血缘关系，是自己的始祖之一。根据《十二个蛋》的苗族神话记载[5]（如图1），枫树生蝴蝶妈妈，蝴蝶妈妈生十二个蛋，十二个蛋由鹊宇鸟孵化成自然万物和人类的过程，蝴蝶妈妈被苗民视为人类之祖。

蝴蝶纹也存在于其他民族中，通常作为剪纸、刺绣、蜡染等工艺的构图主题之一对于苗族 来说，蝴蝶是其始祖之一的“蝴蝶妈妈”，是枫树生出的“妹傍留”，是生出孵化世界宇宙万物十二蛋的“妹傍留”[6]，其历史文化渊源。

2蝴蝶纹的数据采集与矢量提取

课题以组织团队摄影、收集摄影投稿的形式对贵州苗族工艺品（刺绣、蜡染）进行数字化采集，获得海量的原始二维位图和数字影像，对图片进行归类与筛选；基于非细化的矢量化方法[7]，对选好的图片进行图像修复与图像处理，利用Adobe Illustrator对处理好的蝴蝶纹进行矢量化提取与矫正，得到蝶纹的矢量文件。

矢量图占用存储空间小，便于存储、分类、检索，能够实现高精输出，且能够在现代CAD＼CAE＼CAM、計算机辅助艺术创新设计等领域广泛应用。图形矢量化方法大致分为两种：基于细化的矢量化方法以及基于非细化的矢量化方法。基于非细化的矢量化方法同基于细化的矢量化方法相比，无需先对位图图像中所感兴趣的区域提取中心骨架，而是直接捕捉位图图像中所感兴趣区域的轮廓，再找到两条边间的中心，通过边界曲线来描述感兴趣区域的结构[8]。这种算法更能够准确表达出图像的信息，课题采用基于非细化的矢量化方法对蝶纹进行矢量化提取，得到蝶纹原始图形。为了更好的实现后处理，利用Adobe Illustrator矢量提取蝶纹后进行色彩赋值，采用RGB。

蝴蝶纹样的矢量化提取过程如图2所示，首先基于非细化的矢量化方法，对原始图像进行预处理来改善图像的质量，然后采用adobeillustrator软件对图像纹样进行自动提取，以得到初步的矢量图形，最后针对线条复杂，纵横交错的地方进行手动描绘，用手工操作的方法来实现蝴蝶纹样矢量化的完整化、清晰化。按这个方法将蝴蝶纹逐一提取出来，提取出的蝴蝶纹如图3所示。

3蝴蝶书签数字化模型的创新设计

创新设计有自动组装方式与人工组装方式[9]，由于以上步骤已经根据语义特征选取出满足语义的蝴蝶纹样且在组装前已有大致创新纹样的轮廓，为了灵活方便，课题选用人工组装创新方法。蝴蝶妈妈是所有苗族人共同的祖先，为了进一步凸显贵州苗族特色，课题将贵州形象标识与贵州苗族蝴蝶纹相结合，从美观、精巧、形象方面出发，在人机交互的界面进行人工组装。

贵州形象标识（如图4所示），以“走遍大地神舟，醉美多彩贵州”为核心广告语，以符号化的“贵州”两个汉字为主体，形象地将贵州基于喀斯特地貌的自然景观、民族风情、物产资源、多样化的文化以及贵州的酒、贵州的山、贵州的民族风情、贵州的名胜古迹以大写意的挥洒融合其中，“贵州”标识蕴含了贵州丰富多彩的民族民间文化。将已提取的蝴蝶矢量，在满足设计语义的情况下再设计，与“贵”字重新组装，得到蝴蝶书签数字化模型，如图5所示。采用RGB，进行色彩赋值，效果图如图6所示。

“蝴蝶书签”将苗族图腾“蝴蝶妈妈”与贵州形象标识“贵”字相结合。代表了贵州特色的苗族文化，寓意“保佑村寨安宁，子孙繁衍，五谷丰登”。蝴蝶书签除了本身的实用性、美观性，也被赋予了贵州苗族特色文化，兼具了纪念性与独特的地域文化内涵。

4蝴蝶书签的制造加工

4.1 光化学蚀刻工艺

光化学蚀刻（PCM）是指利用摄影技术生成的掩膜，通过选择性化学侵蚀生产无毛刺、无应力的平整金属元件的工程生产技术[10]。其加工过程一般包括涂敷光致抗蚀剂、曝光、显影、腐蚀和去除残余抗蚀剂膜及检测等步骤。

光化学蚀刻技术在工艺品制备中的成功应用主要与蚀刻设备-摇摆喷淋蚀刻机的推广应用有关，在书签制作工艺中的蚀刻工序，即通过蚀刻液去除掉基板表面不需要的材质，影响基材蚀刻效果主要与蚀刻液的选择、蚀刻机的喷淋结构选择等有关，摇摆喷淋蚀刻机主要采用了水平摆动式的喷淋系统结构，FeCl3蚀刻液，其具备了喷嘴数量少，刻蚀液消耗量节约等优点，可较好的应用于工艺品书签的表面蚀刻。

4.2 蝴蝶书签生产工艺

以上步骤已经完成书签造型数字化设计及效果图品鉴，剩下的加工步骤主要有：

（1）设计图案通过输出为菲林胶片；

（2）将菲林放在涂有金属感光油墨（感光抗蚀剂：环氧-聚丙烯酸酯型光致抗蚀剂）的铜质片材上，利用晒板机曝光3-4分钟；曝光过程，铜质基板表面覆盖菲林，经过光照射曝光，使照射过的油墨发生交联聚合反应，从而实现精密图形转移至片材上；

（3）将曝光后的片材放入显影液（1%Na2CO3）中，浸涤2-3分钟，溶除未感光的光致抗蚀剂，留下感光部分，从而显现出所需要的图形。

（4）检测片材显影质量，检测合格后清洗；

（5）将铜质片材放入摇摆喷淋蚀刻机中，通过一定喷淋压力，刻蚀液浓度，温度等方式对金属进行局部快速蚀刻（FeCl3蚀刻剂：FeCl3 40wt%，HCl 5wt%，NaCl+KCl 1.2wt%；蚀刻机温度：25℃；喷淋压力1.2 kg/cm2；），获取凹凸半刻或者镂空成型的设计图案；

（6）蚀刻完毕，将书签放入10%氢氧化钠水溶液2-3分钟，用清水清洗处理，去除感光油墨，使书签表面清洁；

（7）书签表面电镀处理，烘烤后进行品检，合格后包装。

加工后的蝴蝶书签如图7所示：

5结语

蝴蝶纹不仅在苗族工艺品中具有不可替代的装饰功能，也是苗族宗教文化及远古图腾崇拜观念的视觉化呈现。当涉足苗族文化时不可能回避他们的历史传说和远古世界起源的哲学观念，要关注这些抽象的哲学观念，就会遇到苗族著名的“蝴蝶妈妈”传说，和千姿百态的蝴蝶纹饰图案，这个直观造型在黔东南苗族生活中流传至今，被当地苗族人民视为珍宝。

论文从贵州苗族图腾文化-蝴蝶妈妈着手，从纪念性、创新性、精美性、實用性以及独特的地域文化内涵等方面出发，通过对贵州苗族进行实地调研与分析，提取蝴蝶妈妈的矢量化文件结合贵州形象标识“贵”州，利用数字化技术、计算机辅助创新方法和现代加工制造技术，设计和制造出具有贵州苗族特色的旅游商品—蝴蝶书签。这为贵州少数民族文化的保护与开发提供了借鉴，为贵州特色旅游商品的开发与研究提供了一种可供参考的方法。

参考文献

[1]李应军.论民族旅游工艺品的开发与创新—一种旅游人类学的观点[J].昆明大学学报，2008，02：23-27.

[2]陈昕.旅游艺术品的发展方向及其文化复兴功能[J].民族艺术研究，2002，06：64-68.

[3]杨正权.图腾崇拜与西南民族服饰文化[J].贵州民族研究，1997，03：105-111.

[4]金轸裕.运用光蚀刻技术制造金属光栅盘[J].光学精密工程，1996，03：85-90.

[5]侯健.苗族服饰的审美价值及其文化内涵[J].民族艺术研究，2000，05：71-74.

[6]岐从文.贵州苗族服饰的源流及其形式美[J].贵州民族研究，1983，02：78-89.

[7]唐颖.蜡印图案的数字仿真及喷墨印花[D].江南大学，2011.

[8]李清勇，胡宏，施智平，史忠植.基于纹理语义特征的图像检索研究[J].计算机学报，2006，01：116-123.

[9]张翠翠，黄海松，吕健.基于三角网格的民族工艺品曲面重构技术[J].计算机应用研究，2014，31（6）：1906-1908.

[10]杨晓辉.光化学蚀刻技术用于加工平面薄金属零件的研究[J].新技术新工艺，1997，05：34-35.

作者简介

张翠翠（1989-），女，研究生，主要研究方向为非遗数字化保护与开发，E-mail：867955173@qq.com；黎书文（1988-），男，通讯作者，讲师，主要研究方向为，先进制造模式与制造信息系统。

（作者单位：贵州省冶金化工研究所）