基于三维扫描与3D打印技术的城市雕塑

罗伟安

摘 要：数字技术在各行业的跨领域融合发展是社会发展的潮流，城市雕塑行业也顺应潮流在技术流程、表现语言上不断变革;且随着技术进步，产业升级以及成本的降低，数字技术在城市雕塑的创作中越来越体现出便捷性、个性化的优势。因此本文将以数字化语境为背景，以基于三维扫描和3D打印技术创作的城市雕塑为研究对象，将新旧制造方式进行对比，对城市雕塑的数字化产业变革现状与前景进行分析，从而探究跨领域数字技术背景下，艺术与科技的有机融合与促进关系。

关键词：三维扫描;3D打印;城市雕塑

中图分类号：J3文献标识码：A文章编号：2096-0905（2020）08-0-02

数字技术与雕塑的融合起源于20世纪九十年代，最初是作为实验性雕塑形式和新材料探索的课题被西方艺术创作者采用的，其中以数字雕刻为主要创作手法的流派在创世之初就受到了市场的青睐，为雕塑创作提供了一种新颖的途径;而后，随着技术进步，3D打印作为一种新型材料和成型技术丰富了城市雕塑的表现形式;与3D打印技术相辅相成的三维扫描技术也很快被艺术家们应用起来。这些数字化的雕塑技术使城市雕塑作品的材料更多元、造型更独特、构成方式更加具有现代感和科技感，互动体验更加多姿多彩。可以说，这是数字化背景下，科技与艺术融合的积极表现，具有良好的未来发展前景。[1]

一、数字化语境下的城市雕塑

2007、2008年的时候，南加州建筑学院普遍使用3D打印方法来制作模型，并且是使用工业级别的SLS设备。随着技术发展，现在3D打印不仅可以打印微小的物品甚至可以颠覆传统的建筑行业的制造方式。这种技术壁垒的迅速突破，使得数字技术在越来越多的领域完成了产业化升级完善，在雕塑行业的完成率是相对较高的。目前已经存在以数字设计、数字雕刻结合三维扫描后的数据文件进行3D打印的完整城市雕塑作品。例如2019年，《追梦》《源梦》两组城市景观亮相黑龙江省大市高新区，雕塑主体部分由高新区本土企业多维时空科技有限公司采用3D打印技术制作完成，为目前国内最大的3D打印城市景观。可以说这种流程的闭环标志着数字技术（以三维扫描和3D打印为主要技术核心）在城市雕塑行业的正式应用，未来十分可期。[2]

二、城市雕塑中的数字化表现

（一）数字雕刻

数字雕塑技术在雕塑行业主要指利用数字雕塑软件在计算机上进行模型的创作，创作出来的数字模型可以结合3D打印技术实现实体化;也可以结合通过图纸或者参数进行数字化处理，结合三维扫描技术进行二次创作。数字技术与城市公共艺术的结合从20世纪60年代就已经在发达国家萌芽，这种技术和传统工艺并非泾渭分明的，更多的是一种对表达的补充或者空间上的创新。然而随着技术的不断进步以及各领域的融合深入，数字雕塑已经从简单的造型手段向更加多维化的方向发展。且随着从业人数的不断增加，数字雕塑也从实验雕塑和工作室小制作逐步产业化，集约化，成了现代雕塑行业中的一个完整的产业链条。[3]

（二）三维扫描

三维扫描技术是一种获取物体表面各点空间坐标的技术。目前市场上比较常用的包括激光点扫描测量技术、激光线扫描三维测量技术、结构光扫描三维测量技术、它们各具特性（表1），另外还有声波、红外线、CT三维扫描仪，这种常用于矿产探测、医学检测等内部扫描，在此不做赘述。这些扫描仪中，最受到数字雕塑行业青睐的是工业级手持结构光三维扫描仪。

雕塑创作者使用三维扫描仪的方式一般有两种，一种是扫描创作小稿，之后应用数据信息进行下一步放大稿的制作;另一种是对实物扫描，直接利用实物外形信息进行雕塑创作。雕塑工作室材料和辅助设备繁杂，不易搬运，手持扫描仪凭借轻巧便携的优势，更加适合雕塑工作环境。

（三）3D打印

3D打印又名增材制造，传统雕塑技法中的“雕”与“塑”，实际上和3D打印本身具有相通之处，只是在实现顺序和方式上有区别。3D打印技术基本形成了一套体系，可以更好地适应雕塑艺术语言表达的需要，快速实现数据的空间物化。

（四）数字技术在城市雕塑制作中的流程

一般来说，雕塑创作与制作的流程方案有以下两种：第一种传统模式，首选是设计创意稿和效果图，然后艺术家会根据设计稿进行小稿的创作，一般使用油泥、雕塑泥等，小稿通过反复修改形成终稿，通过泥塑放大稿，大稿再经过委托方的审核修改后翻制成石膏或者玻璃钢模型，也有不锈钢、铜或者混凝土等材料。比较大的模型还要分块翻制，最后运输到现场进行拼接再安装和上色。这种模式每一个环节必须要有很好的沟通，否则任何环节出问题，都可能造成下一环节的制作困难。数字化技术引入之后，渐渐产生了另一种新型的产业流程，首先根據创作意图画稿子，然后由专业人员将创意稿进行数字化，一般会制作三维模型，这个过程中，虽然同样需要进行反复的修改，审核，但是由于数字技术的特殊性，修改起来确实比传统泥塑方式要便捷一些，另外现代三维数字软件的真实渲染技术可以模拟最终实物的真实效果，在环境中的位置，大小，表面的肌理，色彩，如果有声光电模块，也可以同样用效果图展示，方便了创作者和委托方的沟通交流。数字稿完成后，可以通过三维打印技术进行制作，目前的打印技术可以打印树脂、金属、混凝土砂浆等各种材料，据说木质材料的3D打印机也在开发中，不久即可面世，这一步直接省略了翻制环节，大大改善了传统翻制中的损耗，变形等问题。较大的雕塑可以分体打印，制作完成后运输到目的地进行安装。当然，也有一些雕塑类型，可以通过大型机械臂打印机在安装目的地实地打印，省去了物流等环节。第二种基本类似，只不过不是直接用电脑三维建模创作雕塑，而是通过三维扫描技术对小稿或者实物进行扫描，转化成数字模型后进行进一步的制作安装。无论是哪一种方式，在制作特定材料的雕塑模型时确实有较好的效率提升，误差也大大降低了。

三、数字技术创作城市雕塑与传统方式的对比

（一）数字雕刻的可复制性

数字雕塑的可复制性是和传统雕塑有较大差异的特点。对于石膏和玻璃钢雕塑，熟练工人可以翻制3到5个模型，铸铜和硅胶等材质可能可以翻制10个左右，但是其复制是具有很大的损耗风险，所以第一个作品往往是最具有价值的，这种特性具有两面性，一方面他对生产效率有一定制约，但另一方面，这也是很多传统工艺本身的价值所在。相比较而言，数字雕塑的可复制性非常强，产品本身只是一些数据，非常适应工业化社会对于效率和便捷性的要求，但是同样的大批量复制的作品的价值本身值得商榷，版权问题也困扰着数字雕塑艺术家。

（二）3D打印的便捷性

3D打印技术的优势主要表现在：一是，节约材料，模拟产品成型前的效果，从而降低后期的修改成本。二是，高精度和复杂性，最薄壁厚可以达到0.025毫米。三是，可以先用软件生成任何形状，不需要借助传统模具;第四，它可以在电脑上自动、准确、快速地转换成一个计算机虚拟模型，有效缩短了产品开发周期。第五，能够在几个小时内打印成实物，让艺术家能够在短时间内看到从平面图到实物的初步效果，方便进一步修改。

（三）三维扫描的精确复原特性

三维激光扫描仪不仅简化了翻制大稿的数据采集流程，它本身对以实物为参照的雕塑创作是一个冲击，作为一种高科技工具，三维激光扫描仪给雕塑家提供一种自动化途径。特别是在城市雕塑中，常常需要以一些历史文物和著名地标为元素进行雕塑稿创作，通过三维扫描仪，可以精确采集对象物的外形和纹理信息，更加精确、便捷。并且这种数据采集往往通过一台电脑和一部手持扫描仪即可完成，方便快捷，对被采集物也不会有丝毫的损坏。

四、结束语

综上所述，基于三维扫描和3D打印的数字技术在城市雕塑中的应用拓展，已经是一种较为成熟的制作工艺。作为一种设计应用技术，它对传统雕塑设计产生了不小的冲击，可能还会逐步扩大对于产业结构和从业人员的影响。然而这种冲击和影响不完全是负面的，科学技术与艺术相结合产生的创意和效率，不仅可以有效地为艺术家和设计师们提供灵感，也对整个城市雕塑产业升级和理念革新产生源源不断的技术力量。在这样一个崇尚效率、科技感、交互感和以人為本的公共艺术环境下，在城市雕塑中融入新的材料、形式、表达，具有可发展的光明的未来。

参考文献：

[1]黄德荃.3D打印 极致盛放[J].装饰，2015（08）：52-57.

[2]陈骏，冷柯.基于虚拟现实及3D打印技术下的公共雕塑制造系统[J].设计，2015（15）：26-27.

[3]王亚娟.3D打印雕塑作品“凝聚”系列创作实践[D].厦门大学，2018.