北寨汉墓保护中3D打印技术的应用

姚丽霞

随着古代文化艺术的数字化保护潜能不断被开发，虚拟现实技术、激光三维扫描技术和3D打印技术在文化艺术保护中被广泛应用。文章对3D打印技术应用于沂南北寨汉墓建筑模型的复制流程进行描述，在数字媒体时代下3D打印技术的成熟将成为复制和保护沂南北寨汉墓艺术的新途径，并对古代汉画像石墓和文物的数字化复制和保护具有重要意义。

自汉以来，劳动人民创作出了大量反映汉代社交生活和丧葬礼仪的画像石作品，再现汉代先民的文化民俗和精神世界。在汉墓群画像石艺术表现的世界里，汉墓画像石图像的传播生动、丰富、持久和富有感染力。新世纪以来，国家和地方政府高度重视传统文化的解读，学术界也越来越关注汉画像石的研究。从文化渊源来看，汉墓画像石文化是中华文化的组成部分，画像石中的图像装饰纹样是中国古老历史文化的因子;从社会历史实践来看，汉画像石诞生于汉，其图像反映了汉代的乡土文化以及民风民俗。从视觉艺术符号来看，汉画像石中的图像纹样符号是研究中国汉代文化、历史、艺术、民俗等多学科交叉领域的宝贵史证。

新媒体技术下为了深入研究汉墓画像石文化的复制和保护途径，笔者选取山东沂南北寨汉墓画像石墓进行个案研究，窥一斑而见全豹，探讨3D打印技术在北寨汉墓复制和保护中应用的可能性。

沂南北寨汉墓简介

沂南北寨汉墓坐落在山东省临沂市沂南县，经历三次发掘，众多专家学者对其进行研究。关于沂南汉画像石墓的历史归属主要有三种说法：“西汉说”“东汉说”“西晋说”。众多学者通过查阅文献和实地考察发现，根据北寨汉墓画像中的浮雕雕刻和线刻技法，以及北寨汉墓画像石中的建筑布局、室内设计和墓葬中的车骑文物制度、衣冠制度推测多见于汉代，与东汉武氏祠室内壁画接近，墓葬中的莲花纹和藻井图案，画像中的神话人物、历史故事及书法风格都得出结论，沂南北寨汉墓接近东汉晚期。

著名学者曾昭燏先生同样认为沂南汉墓的建造年代大致在东汉末年灵帝、献帝之际，并高度概括墓的特点，称沂南北寨汉墓在雄伟中见精丽，表现出汉代建筑艺术相当高的水准。

沂南北寨汉墓博物馆是建立在北寨墓群基础上的专题博物馆，也是我国现有发掘保存最完整的汉画像石墓博物馆。博物馆主要展示东汉时期墓葬画像石，出土文物以及画像石拓片等，是两汉时期建筑艺术、雕刻艺术、绘画艺术的真实再现，制作技法高超，画像石图像精美丰富，包罗汉朝生活万象，整个墓室内部是石刻装饰，在石板上浮雕加线刻，处理手法凝练却不失趣味，表现了汉朝时期的众多生活场景。两个墓室遗物曾被盗掘，随葬器物劫余甚少。汉画像石再现的只是社会中层或中上层家庭的现实生活，对于下层贫苦人民的社会活动，则很少涉及。但是完整保存下来的墓室石刻画像是十分珍贵的东汉历史画面。

沂南北寨汉墓有画像石面积四百四十二平方米。所绘题材广泛，内容涉及政治、经济、文化、军事和生活等多项内容。依据画像石的位置，可以分为墓门、前室横额、中室横额和后室隔墙。根据不同位置画像石图案题材及表现内容可分为：再现社会生活场景，表现历史人物故事题材，神话传说与祥瑞题材，得道神仙和巫术礼仪。

北寨汉墓画像石文化保护和传播的过程中，传统的数字化保护可以将民间艺术的文献、图片、影像、场所、工具、产品和艺术等利用照相机、摄像机、录音笔、复印机等设备进行整理、存储，对于现存的或者面临消失的艺术起到很好的保护和传播作用。但是传统的数字化保护仍旧没有克服宣传展示中参观者主观参与性、互动性差的缺点。

对汉墓画像石艺术的研究流于“过度商业化的状态”，资料甚少，过多注重经济效益，对不能产生经济利益的汉墓画像石艺术缺乏研究。笔者对北寨汉墓画像石文化传播的调研中发现汉画像石艺术出现文化缺失、没有深入研究的现象，对汉代文化艺术没有起到良好的传播作用。

数字媒体技术成为保护古代文化的新载体

新的数字媒体技术可以更好地应用在古代文化遗产保护项目中，尤其是随着虚拟现实技术三维激光扫描技术和3D打印技术等新型数字化技术的应用，这种数字化保护手段可以为北寨汉画像石艺术的传承和创新提供有效途径。

早在上个世纪末，国内外学者就已纷纷利用虚拟现实技术进行文化传播。借助虚拟技术将大量史实材料、图片以及影像在电脑软件中建模，将真实博物馆藏品的模型建立起来，可以再现博物馆外部建筑和内部藏品的陈列，可以让先民留下的艺术品更好地得到展示，使得传统的文化宝藏得到更好的传播。

人们可以利用虚拟技术结合移动终端设备和纸板VR头，让人可以在一天内游遍处于不同国家的法国盧浮宫、希腊雅典卫城和中国长城等名胜古迹，真实体验世界文化瑰宝。百度网站推出了“百科数字博物馆”可以让用户足不出户，就可以观赏游览全国各地的博物馆，感受中华五千年的文化宝藏。2016年3月上海国际博览的亮点之一是虚拟试衣镜、VR虚拟现实的应用。2017年7月庆祝建军90周年的阅兵仪式上，南京某公司使用虚拟现实技术为军方提供“虚拟演练”，提高了现代化军队阅兵的精准、高效、全方位。

三维激光扫描技术又称实景复制技术，在上个世纪九十年代中期就已经产生，它可以在传统测绘基础上对物体表面的三维点云数据收集，建立三维模型，制作多角度、全方位的立体图形或者场景。随着数字媒体技术的成熟，目前在保护、测量和还原古代建筑物空间信息方面利用较多。

利用三维激光扫描技术还原山西大同佛光寺东大殿，是我国第一次尝试将此技术应用于传统木结构文物建筑的安全评估，其获得的数据比传统手工测量更准确、精细和便利。驰名中外的敦煌莫高窟是旅游爱好者向往的圣地，使用虚拟技术制作的敦煌壁画将敦煌建筑内部结构生动形象展示的同时，还能够将当时的场景从多个角度、全方位地真实再现出来，满足处于世界各地的游客如“身临其境”的游览体验。

3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料的技术。3D打印技术采用数字技术制作模型，结合设计软件利用陶瓷、塑料和金属等材料。将电脑上的设计图变为实物，通过“分层制造、逐层叠加”的原理，被广泛用于航空航天、医疗卫生、产业模具制造、工业设计、产品设计等领域。

3D打印技术作为一种新兴的媒体，有其独特的艺术语言魅力，借助数字媒体艺术中SketchUp、AutoCAD、3Dmax、Maya等設计软件可以将虚拟文件变成现实的物质。3D打印技术的优势在于可以实现传统工业制作中难以制作的模型，通过3D打印获得成品。3D打印机的精确度相当高，价格或高或低都能打印出模型的细节，特别是传统方法难以制作的特殊结构模型，可以将手工制作实现不了的创意和繁琐的工艺实现。

3D打印技术在艺术设计中的应用

3D打印技术被广泛于艺术设计各个领域，其中不乏优秀作品。接下来举例3D打印技术在服装、首饰、建筑、室内和教育设计中的应用。

在现代服饰设计上，2014年设计师将现代3D打印技术运用到纽约时装周的舞台中，爱丽丝范赫本设计的Voltage女装的打印便让人眼前一亮，后来在麻省理工学院的服装表演，引起社会各界的关注。结合各种材料设计出多款礼服和3D印花服装，能带来舒适的着装感、柔软的触感和精神愉悦的美感，带来不同凡响的视觉冲击力，将现代高科技和传统手工艺完美结合。借助3D打印技术和计算机软件设计打印制造物品成为时尚设计的新趋势。

宾·迪克森·沃德是澳洲墨尔本学院的艺术教授也是当代首饰设计师。她认为当代首饰摆脱了财富、地位、金钱、奢侈和永久保存的象征，专注对于首饰形式、色彩、材料和人类身体的研究象征。她将数字媒体技术和艺术相结合，将首饰设计和建筑景观相结合，利用3D打印技术打印未来首饰。3D建模软件和3D技术设计制作的首饰摆脱特权、金钱、地位、富贵等传统的象征意义，是当代首饰艺术的对传统的一次科技革命和全新阐释。

已经使用3D打印技术与建筑艺术结合成功的案例：山东滨州一小村庄利用3D打印技术建造的苏式庭院别墅亮相，造房的整个过程都是由电脑程序控制完成。云冈石窟研究院和浙江大学将云冈石窟第三窟，1：1还原打印出石窟造像，形象逼真，场面宏大，有利于文物的保护。

上述3D打印成功案例，为3D打印技术复制和保护沂南北寨汉墓提供了可能。沂南北寨汉墓如果暴露在空气或者日常环境，会对汉墓造成破坏。除非去沂南北寨博物馆现场不然无法实物考察。沂南北寨汉墓博物馆普通观众不允许拍照摄像，对保管环境要求较高。使用3D打印技术复制沂南北寨汉墓建筑和文物内部分建筑和文物，既能保护文物，又能展示文物。

3D打印复制北寨汉墓画像石的流程

以沂南北寨汉墓为例，参照墓室空间结构文献资料，探讨如何对古代墓室建筑模型进行3D打印。打印沂南北寨汉墓建筑的设计和制作流程，具体制作步骤如下：

从三维建模数据的角度来说，拥有北寨汉墓墓室的三视图（顶视图、正视图、侧视图）的数据，即可建出模型。第一步阅读相关的文献、图片和资料，收集准确的尺寸、图片和文字数据。第二步实地考察，参观沂南北寨汉墓博物馆、临沂博物馆和临沂地区汉墓画像石群，走访私人收藏的画像石，拍摄汉墓和画像石图片。第三步通过三维激光扫描技术扫描室内空间数据或者参照沂南汉墓建筑已有数据使用SketchUp、AutoCAD等软件建立三维数字化的模型，这是沂南北寨汉墓三维数据雏形的收集与获取。

将沂南北寨汉墓建筑的3D数字化软件设置的模型输入到电脑中。3D打印数据的输出方式采用打印机的加热喷嘴挤压增塑材料从而使其热熔从而堆积成想要的形状。可以选用“三角洲”式3D打印机，打印速度、精度都很高，打印材料选用PLA，它是可降解可再生又环保的材料。打印出来需要在模型外壁包裹白膜，以防止强度不够。此外利用3D打印机打印的规格属性和材料的不同厚度进行分层切割处理。

根据3D打印机“分层制造、逐层叠加”的原理，利用3D打印机将打印耗材逐层打印喷涂。根据沂南汉墓建筑3D模型的大小、打印材质和复杂程度需数分钟完成。

对于北寨汉墓墓室建筑和出土文物，复制打印出来只是第一步。3D打印机打印出来的物品太过标准，利用人为干预的办法，用烤箱加热使其软化，形成人工制作的形态。第二步，将模型内化铺上一层石膏，利用石膏粉、白乳胶、水、调和加入模具里，增加北寨汉墓建筑模型的分量感。第三步，等10分钟左右晾干即可，用手工制作刻出人工痕迹。

3D打印技术的一个特别之处是模型打印完后粗糙不平滑，后期需要处理、修整，并且喷涂着色以后才能最终完成沂南北寨汉墓建筑模型的制作。等到石膏完全完成以后还要还原北寨汉墓墓室建筑模型的颜色。北寨汉墓主要是画像石和大型砖石结构多室墓构成，颜色仿照汉画像石和画像砖进行还原建筑模型颜色，多次重复上色，已获得逼真的效果。

北寨汉墓汉画像石的图像纹样是我们要还原的重点，选取有代表性的墓室壁画场景进行还原。北寨汉墓汉画像石图案是刻上去的，而3D打印的模型是画上去的，为了获得接近的效果，必须要仔细认真用心地去绘制还原的图像。

3D打印技术在北寨汉墓文化传播中的展望

借助新型的3D打印技术打印沂南汉墓三维建筑模型，可以复原考证出有关古代社会经济状况、建筑风格、风俗人情以及宗教哲学思想等历史资料。3D打印技术和虚拟现实结合用在岩土工程课程的探索，为3D打印技术沂南北寨汉墓提供了可能。将3D打印技术应用在沂南北寨汉墓建筑，除了打印汉墓室内建筑的3D模型，还可以结合汉墓壁室中的汉画和画像石艺术，打印人物、动物和生活场景的模型，有利于观者欣赏汉代文化艺术，对于考古具有重要价值。3D打印技术结合其他新媒体技术，可以将沂南北寨汉墓壁室内部、画像石上的图案由封闭、平面、客观和单一的民间艺术，变成开放、立体、主观、多元的文化体验。

不过需要注意的是3D打印技术过度使用将会冲击传统手工技艺的价值，打印材料种类受到限制，难以保证打印的质量和精确度，缺乏行业标准难以形成产业链。3D打印复制汉墓文化要受到知识产权归属的问题和道德的挑战。

借助3D打印技术对北寨汉墓画像石文化调查及对策研究，具有较高的艺术价值。数字媒体时代下，3D打印技术为民间汉画像石艺术的传承和数字化保护提供借鉴，以新的数字媒体技术结合3D打印技术可以弥补传统媒介传承传统文化中的不足，以崭新的方式将虚拟数字技术和现实物质传承相结合。从而可以让山东地区画像石艺术得到更好的传承和创新，在思想和艺术方面将使山东地区的民俗造型艺术的创作和传播取得更大进展。

作者单位：临沂大学

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